Zellatmung und Fotosynthese im Überblick

Zellatmung

Glykolyse (im Zytoplasma)

Anfangssubstrat: Glukose

• Glukose wird mit 2 ATP phosphoryliert.
• Glukose trennt sich in zwei C₃-Moleküle (Lyse).
• Jedes C₃-Molekül wird oxidiert und 2 NAD⁺ werden zu NADH + H⁺ reduziert.
• 2 ADP werden zu 2 ATP phosphoryliert.

Endprodukte: 2 Pyruvat

Kopplungsreaktion (Mitochondrium)

Anfangssubstrat: 1 Pyruvat

• Pyruvat wird decarboxyliert → gibt 1 CO₂ ab.
• 1 NAD⁺ wird zu NADH + H⁺ reduziert.
• Coenzym A bindet und es entsteht Acetyl-CoA.

Citratzyklus (Matrix)

Anfangssubstrat: Acetyl-CoA

• Acetyl-CoA bindet an Oxalacetat → es entsteht Citrat (C₆).

In mehreren Reaktionsschritten passiert Folgendes:

• 2 CO₂ gehen verloren → 2 C bleiben übrig.
• 1 FADH₂ entsteht.
• 3 NAD⁺ werden zu NADH + H⁺ reduziert.
• 1 ADP wird zu ATP phosphoryliert.
• Am Ende des Zyklus bleibt wieder Oxalacetat übrig.

Atmungskette (Mitochondrium)

• NADH + H⁺ wird oxidiert und gibt Elektronen an Membranproteine der inneren Membran ab.
• Elektronen wandern durch die Membran und helfen dabei, H⁺ durch Membranproteine in den Intermembranraum zu transportieren.
• Es entsteht ein Konzentrationsgradient mit vielen H⁺-Protonen im Intermembranraum.
• H⁺-Protonen strömen durch die ATP-Synthase zurück in die Matrix. Die Energie wird verwendet, um ADP zu ATP zu phosphorylieren (Chemiosmose).

Fotosynthese

Lichtreaktion (Nicht-zyklischer Elektronentransport)

• Fotosystem II (FS II) absorbiert Licht. Elektronen gelangen auf ein hohes Energieniveau; Licht spaltet Wasser (Photolyse).
• Elektronen wandern über die Elektronentransportkette (ETK) in der Thylakoidmembran.
• Elektronen fallen auf ein niedrigeres Energieniveau.
• Freiwerdende Energie pumpt Protonen in den Thylakoidinnenraum.
• Protonen bewirken einen hohen Konzentrationsgradienten.
• Protonen bewegen sich entlang des Konzentrationsgradienten durch die Membran.
• Protonen strömen durch die ATP-Synthase in der inneren Membran.
• Die ATP-Synthase phosphoryliert ADP zu ATP.
• Fotosystem I (FS I) absorbiert Licht.
• Elektronen gehen über die ETK zu NADP⁺.
• Elektronen reduzieren NADP⁺ zu NADPH.

Summengleichung: 6 H₂O + 6 CO₂ → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂

Gemeinsamkeiten von Chloroplasten und Mitochondrien: Membranen, viel Membranfläche, eigene DNA, Ribosomen.

Zyklischer Elektronentransport

• Kein CO₂ → kein freies NADP⁺ (nur NADPH vorhanden).
• Elektronen gehen zum Transportkettenbereich von FS II bzw. wandern zurück in die ETK.
• Mehr H⁺ wird in den Thylakoidinnenraum gepumpt.
• Mehr ATP wird phosphoryliert.

Absorptionsspektrum

Das Absorptionsspektrum zeigt, bei welcher Wellenlänge ein Pigment Licht besonders gut absorbiert.