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Transkript Fotosynthese – Energiegewinnung der lichtabhängigen Reaktion

Hallo, hier ist wieder Sabine und in diesem Video wollen wir uns die Lichtreaktion der Photosynthese näher betrachten. Im vorigen Film haben wir schon mal die Photosynthese-Gleichung gesehen. Aus 6 Kohlenstoffdioxid und 6 Mal Wasser wird Glukose und 6 Mal Sauerstoff. Du hast gelernt, wie die Fotosysteme der Pflanze Licht absorbieren und die Energie dann für fotochemische Reaktionen zur Verfügung steht. Was genau im nächsten Schritt passiert, erkläre ich dir jetzt. Im Laufe des Films werde ich ziemlich oft die Wörter "Reduktion" und "Oxidation" brauchen. Als Reduktion bezeichnet man in der Chemie eine Reaktion, bei der ein Elektron von einem Stoff aufgenommen wird. Oxidation ist die Abgabe von Elektronen. Jetzt schreibe ich mal schnell über die Photosynthese-Gleichung die Oxidationszahlen in rot. Im Kohlenstoffdioxid hat der Kohlenstoff die Oxidationszahl 4, in der Glucose bloß noch die 0. Das heißt, der Kohlenstoff wird reduziert. Der Sauerstoff im Wasser hat die Oxidationszahl von -2, am Ende der Reaktion die Oxidationszahl 0. Das heißt, der Sauerstoff wird oxidiert. Der Wasserstoff in der Glucose stammt aus dem Wasser, der zu diesem Zweck gespalten werden muss. Diesen Prozess nennt man Fotolyse. "Lyse" deutet darauf hin, dass etwas gespalten wird, und "Foto", dass die Energie für den Spaltungsprozess aus dem Licht stammt. Auf der Innenseite der Thylakoidmembran steckt ein Wasser spaltendes Enzym, das aus 2 Wassermolekülen, 4 Protonen bzw. Wasserstoffionen abspaltet, 1 Sauerstoffmolekül und 4 Elektronen. Die Lichtenergie für die Fotolyse stammt aus dem P680, dem Fotosystem 2. Das angeringte Reaktionszentrum leitet ein Elektron zu einem Akzeptor weiter. Die entstehende Elektronenlücke im P680 wird dadurch geschlossen, dass über das wasserspaltende Enzym dem Wasser Elektronen gemopst werden. Das abgegebene Elektron am Akzeptor wandert jetzt weiter die Thylakoidmembran entlang über eine sogenannte Elektronentransportkette. Und das funktioniert folgendermaßen: Der Akzeptor wird durch das Elektron reduziert. Ich versuche das mal dadurch darzustellen, dass der Akzeptor von Gelb auf Grün wechselt. Durch Elektronenabgabe wird er wieder oxidiert; das heißt, er wird von Grün wieder zu Gelb. Und das nächste Teil der Elektronentransportkette wird dann reduziert, also das wird dann grün. Da der Akzeptor ständig zwischen diesen beiden Zuständen wechselt, ist er ein Redoxsystem. Viele solcher Redoxsysteme sind jetzt hintereinander geschaltet und bringen ein Elektron von A nach B und werden dann Elektronentransportkette genannt. Hier habe ich noch einmal versucht, das zu zeigen. Der Akzeptor wird reduziert und wird grün, gibt sein Elektron an das große Redoxsystem ab, also das rote, wird dadurch oxidiert und das große rote Redoxsystem wird blau, also damit reduziert. Dieser Vorgang wiederholt sich zig Mal innerhalb dieser Elektronentransportkette. Innerhalb der Elektronentransportkette wird die Neigung, ein Elektron aufzunehmen, immer stärker. Also dieses Redoxsystem saugt stärker ein Elektron zu sich an als dieses Redoxsystem. Und das nächste Redoxsystem zieht stärker einen Elektronen an als das vorherige usw. Dadurch wird verhindert, dass das Elektron auf die Idee kommt, zurückzuwandern. Als Letztes in der Kette sitzt das Fotosystem 1, das P700. Damit dieses Fotosystem das Elektron aufnehmen kann, muss es durch Licht angeregt werden und ein Elektron abgeben. Dieses neue Elektron landet dann beim Redoxsystem Ferredoxin. Von dort kommt es zum Enzym NADP-Reduktase. Dieses Enzym tut Folgendes: Es schnappt sich die bei der Fotolyse entstandenen Wasserstoffionen und die Elektronen und fügt sie zu Wasserstoffmolekülen wieder zusammen. Der Wasserstoff wird an das Coenzym NADP+ gekoppelt und es entsteht NADPH + H+. Dies ist wichtig, da elementarer Wasserstoff ein Zellgift ist. Das heißt, wir haben jetzt schon mal den Wasserstoff zusammen, den wir zum Zusammenbauen der Glucose brauchen. Damit ist der Film aber noch nicht zu Ende, denn die Lichtreaktion kann noch viel mehr. Wir sind ja an der Thylakoidmembran. Oben im Bild haben wir den Thylakoidaußenraum, dann kommt die Membran und dann der Thylakoidinnenraum. Durch die Fotolyse sammeln sich auf der Innenseite der Membran Wasserstoffionen, also positiv geladene Teilchen. Auf der Außenseite werden Wasserstoffionen an NADP+ gebunden. Hier gibt es weniger positive Ladung. Dieses Konzentrationsgefälle, auch Protonengradient genannt, nutzt die pflanzliche Zelle, um ATP zu gewinnen. Über das Molekül ATP wird Energie gespeichert und kann dann an verschiedensten Stellen des Stoffwechsels genutzt werden. Aber wie funktioniert das denn jetzt genau? Wasserstoffionen folgen dem Konzentrationsgefälle und wandern durch Tunnelproteine von innen nach außen. An dieses Protein ist das Enzym ATP-Synthase gebunden. Die freiwerdende Energie nutzt dieses Enzym, um aus ADP + P ATP zu bilden. Dieser Vorgang heißt "nichtzyklische Fotophosporylierung". Wenn genügend NADPH + H+ entstanden ist, kommt die Elektronentransportkette zum Erliegen. ATP kann trotzdem noch gebildet werden. Das angeregte Fotosystem 1 gibt sein Elektron an das Ferredoxin weiter, das Redoxsystem. Von dort geht das Elektron an ein spezielles Redoxsystem, dem Cytochrom-bf-Komplex, dieses ganz große rote, das durch die ganze Thylakoidmembran geht. Von dort kehren die Elektronen zurück zum Fotosystem 1 und es geht wieder von vorn los. Der Cytochrom-bf-Komplex pumpt Protonen von außen nach innen. Dadurch entsteht wie eben der Protonengradient. Wenn die Wasserstoffionen jetzt durch die Tunnelproteine mit der ATP-Synthase wandern, entsteht wieder ATP. Die Wasserstoffionen werden durch den Cytochrom-bf-Komplex ins Thylakoidinnere zurückgepumpt und können wieder durch das Tunnelprotein zur ATP-Bildung beitragen. Die ATP-Synthese ist ein Kreislauf und daher nennt man diese Fotophosphorylierung zyklische Fotophosphorylierung. Fassen wir zusammen: Im Chloroplasten wird Wasser zu Sauerstoff, Elektronen und Protonen durch Lichtenergie gespalten. Über eine Elektronentransportkette landen die Elektronen bei der NADP Reduktase, wo sie wieder mit deren Protonen zusammengefügt werden und Wasserstoff bilden. Der elementare Wasserstoff wird an das Coenzym NADP+ gebunden, da er sonst Zellgift wäre. Es entsteht NADPH + H+. Der Protonengradient zwischen Thylakoidinnenraum und -außenraum wird von Chloroplasten genutzt, um ATP zu bilden. Diesen Vorgang nennt man Fotophosphorylierung. NADPH + H+ und ATP sind Ausgangsstoffe für die Glucosebildung in der Dunkelreaktion. Das war's erst mal. Wir sehen uns in der Dunkelreaktion wieder. Bis dann, Sabine.

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9 Kommentare
  1. Marcel

    Hallo Leah, ja das ist ganz richtig. Ich würde allerdings die Fotosysteme von den anderen Komponenten der Elektronentransportkette trennen. Also der Cytochrom-bf6-Komplex liegt nicht "im" Fotosystem 2, sondern schließt an ihn an. Er liegt also noch vor dem Fotosystem 1. Im Video ist die zyklische Photophosphorylierung gezeigt (6:00). Das Ferredoxin kann das Elektron nämlich wieder zurück auf den Cytochrom-bf6-Komplex übertragen. Es bildet sich also ein Kreislauf.

    Von Marcel Schenke, vor fast 3 Jahren
  2. Default

    Die Photophosphorylierung findet doch im Fotosystem 2 statt, da der Cytochrom-bf-komplex ein Redoxsystem im Fotosystem 2 ist und die Herstellung von NADPH+ H+ im Fotosystem 1, oder nicht?

    Von Lilia S., vor fast 3 Jahren
  3. Default

    Wirklich, wirklich sehr gut erklärt! Hat mir zu Klarheit verholfen, danke! :)

    Von Tatjana Wunderlich, vor etwa 3 Jahren
  4. Prisca2

    Liebe Sasa123, bei einem Vergleich zweier Figuren stütze dich am besten zunächst auf eine Figur, z.B. Gretchen. Markiere Textstellen - im Abi - ,in denen Gretchen direkt und indirekt (durch andere Personen, Regieanweisungen) charakterisiert wird und denke daran, was du bereits über sie weißt. Mögliche Fragen sind: Welche äußere Erscheinung hat sie? In welcher sozialen Situation befindet sie sich (Beruf/gesellschaftl. Stellung)? Wie verhält sie sich (Handlungen, Sprechweisen)? Für was interessiert sie sich (Gefühle/Interessen)? Wie kommuniziert sie mit anderen Figuren? Innerhalb deiner Charakterisierung überlege dir immer ihre Stellung im Gesamtwerk! Fortwährende Textbelege unterstützen deine Analyse. JETZT schaust du dir die zweite Figur an. Findest du Gemeinsamkeiten/ Unterschiede, z.B. die soziale Stellung? Ich wünsche dir viel Erfolg! Bald findest du diese Antworten auch in Deutsch!

    Von Prisca P., vor etwa 4 Jahren
  5. Cimg1253

    Danke für das Kompliment, aber deinen Wunsch mit dem Deutschabi kann ich leider nicht erüllen. Selbst wenn ich nächste Woche das Video drehe, dauert es in der Regel 4 Wochen bis das ganze geschnitten und von Experten geprüft wurde, Sorry.

    Von Sabine Basine, vor etwa 4 Jahren
  1. Default

    Hallo, Du bist mein Lieblingstutor!
    Mache mein Abi. Erste schriftliche Klausur (Deutsch) am 28.09.2012
    Deutsch und Bio sind super wichtig für mich!Könntest Du ein Video darüber machen, wie man am besten zwei literarisch wichtige Charaktäre (Figuren) vergleicht? Zum Beispiel Gretchen(Faust) und Luise(Kabale und Liebe)?Müssen nicht genau dies sein....
    Du machst das so super!Vielen Dank für Deine Arbeit!!

    Von Sasa123, vor etwa 4 Jahren
  2. Default

    Immernoch ein bisschen verwirrend, aber auf jeden Fall einfacher zum Lernen, als mit jedem Buch! :)

    Von Gurke Nr1, vor mehr als 4 Jahren
  3. Default

    Mich hat die Reduktion und Oxidation sehr verwirrt, aber sonst war es gut. :)

    Von Giulio, vor fast 5 Jahren
  4. Kappeln6

    mega gut :-) hat mir sehr weiter geholfen!

    Von Tina A., vor etwa 5 Jahren
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