Von Dana Riddle / Teil 10
Wie funktioniert die Photosynthese und welche Wirkung haben verschiedenfarbige Leuchtdioden?
Dieser Artikel ist der erste von mehreren, die sich mit der Funktionsweise der Photosynthese und den Auswirkungen verschiedenfarbiger Leuchtdioden befassen.
Fast alle Ökosysteme sind von der Photosynthese abhängig (Ausnahmen bilden die Chemosynthese in der Nähe kalter Austritte und hydrothermaler Ereignisse). Im Allgemeinen würde das Leben, wie wir es kennen, zum Erliegen kommen, wenn die Photosynthese – die Verbindung zwischen der anorganischen und der organischen Welt – aufhören würde.
Wie wir schon früh in unserer Schulzeit gelernt haben, sind Pflanzen in der Lage, anorganischen Kohlenstoff (wie Kohlendioxid und Carbonate) zu nutzen und organischen Kohlenstoff (wie einfache Zucker und andere) und Sauerstoff zu produzieren. Dieser Prozess ist auf die Sammlung von Energie in Form von Licht (Photonen) angewiesen, um diesen Prozess anzutreiben. Einige Pflanzen, Algen und Dinoflagellaten (z. B. Symbiodinium-Arten/-Kladen) vertragen wenig Licht, während andere „helles“ Licht benötigen. Ein Besuch in einer Pflanzengärtnerei zeigt, dass einige Pflanzen am besten an schattige Umgebungen angepasst sind, während andere volles Sonnenlicht benötigen. Obwohl die „Schatten“-Pflanzen an sonnigen Standorten überleben könnten, gedeihen sie möglicherweise nicht. Sogar die Farbe des Lichts (insbesondere in Meeresumgebungen) kann eine Rolle bei der Photosyntheserate spielen.
Dies ist eine grundlegende Erklärung dafür, wie die Photosynthese funktioniert. Es wird erklärt, wie Lichtenergie gesammelt wird und wie sie fließt. Dies sind Begriffe, die in dieser Serie verwendet werden.
Photosystem: Struktureinheiten aus Photopigmenten (z. B. Chlorophyllen), die Lichtenergie sammeln. Es gibt zwei – Photosystem I und Photosystem II. Einer Eigenart der Nomenklatur zufolge wird Licht zuerst vom Fotosystem II gesammelt und fließt dann zum Fotosystem I (Fotosystem I wurde zuerst entdeckt, daher der Name). Fotosystem II fungiert als Elektronenspender, während Fotosystem I als Empfänger fungiert. Es muss ein Gleichgewicht zwischen beiden bestehen – Elektronen dürfen sich nicht im Photosystem II ansammeln, sonst kommt es zu Problemen. Siehe Abbildung 1.
Reaktionszentren: Der Kern des Photosyntheseapparats (eine spezielle Form von Chlorophyll). a), bei dem Photonen eingefangen oder von Antennen (oder zusätzlichen) Photosystemen empfangen werden und die Photosynthese antreiben. Reaktionszentren im Photosystem Ich sammle rotes Licht mit maximal 700 nm durch ein Photopigment namens P-700. Im Photosystem II sammelt das Photopigment Licht bei 680 nm und wird P-680 genannt. Da es nicht viele Reaktionszentren gibt, wird Licht zunächst von den Antennenpigmenten gesammelt. Bei Zooxanthellen gehören zu den Antennenpigmenten Chlorophylle a und c2, Peridinin und andere in geringerem Maße.
Das nächste Mal untersuchen wir das „Überdruckventil“ der Photosynthese – den Xanthophyll-Zyklus.
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