Während die Zuckerglukose zur Energiegewinnung verwendet wird, hat sie auch andere Zwecke. Beispielsweise verwenden Pflanzen Glukose als Baustein zum Aufbau von Stärke für die langfristige Energiespeicherung und Zellulose zum Aufbau von Strukturen.
Das am häufigsten für die Photosynthese verwendete Molekül ist Chlorophyll. Pflanzen sind grün, weil ihre Zellen reichlich Chlorophyll enthalten. Chlorophyll absorbiert die Sonnenenergie, die die Reaktion zwischen Kohlendioxid und Wasser antreibt. Das Pigment erscheint grün, weil es blaue und rote Wellenlängen des Lichts absorbiert und grün reflektiert.
Chlorophyll ist kein einzelnes Pigmentmolekül, sondern eine Familie verwandter Moleküle, die eine ähnliche Struktur aufweisen. Es gibt andere Pigmentmoleküle, die unterschiedliche Wellenlängen des Lichts absorbieren / reflektieren.
Pflanzen erscheinen grün, weil ihr am häufigsten vorkommendes Pigment Chlorophyll ist, aber manchmal können Sie die anderen Moleküle sehen. Im Herbst produzieren die Blätter zur Vorbereitung auf den Winter weniger Chlorophyll. Wenn sich die Chlorophyllproduktion verlangsamt,
Blätter verfärben sich. Sie können die roten, violetten und goldenen Farben anderer photosynthetischer Pigmente sehen. Algen zeigen gewöhnlich auch die anderen Farben.Mitochondrien führen eine aerobe Zellatmung durch, bei der Sauerstoff zur Herstellung von Adenosintriphosphat (ATP) verwendet wird. Das Abbrechen einer oder mehrerer Phosphatgruppen aus dem Molekül setzt Energie in einer Form frei, die pflanzliche und tierische Zellen nutzen können.
Chloroplasten enthalten Chlorophyll, das bei der Photosynthese zur Herstellung von Glucose verwendet wird. Ein Chloroplast enthält Strukturen, die als Grana und Stroma bezeichnet werden. Grana ähnelt einem Stapel Pfannkuchen. Zusammen bilden Grana a Struktur genannt Thylakoid. In Grana und Thylakoid treten lichtabhängige chemische Reaktionen auf (solche mit Chlorophyll). Die Flüssigkeit um das Grana wird Stroma genannt. Hier treten lichtunabhängige Reaktionen auf. Lichtunabhängige Reaktionen werden manchmal als "Dunkelreaktionen" bezeichnet, dies bedeutet jedoch nur, dass kein Licht erforderlich ist. Die Reaktionen können in Gegenwart von Licht auftreten.
Glukose ist ein einfacher Zucker, aber im Vergleich zu Kohlendioxid oder Wasser ein großes Molekül. Es werden sechs Moleküle Kohlendioxid und sechs Moleküle Wasser benötigt, um ein Molekül Glukose und sechs Moleküle Sauerstoff herzustellen. Das ausgeglichene chemische Gleichung für die Gesamtreaktion ist:
Sowohl die Photosynthese als auch die Zellatmung ergeben Moleküle, die zur Energiegewinnung verwendet werden. Bei der Photosynthese entsteht jedoch Zuckerzucker, ein Energiespeichermolekül. Die Zellatmung nimmt den Zucker auf und verwandelt ihn in eine Form, die sowohl Pflanzen als auch Tiere verwenden können.
Die Photosynthese benötigt Kohlendioxid und Wasser, um Zucker und Sauerstoff herzustellen. Bei der Zellatmung werden Sauerstoff und Zucker verwendet, um Energie, Kohlendioxid und Wasser freizusetzen.
Pflanzen und andere photosynthetische Organismen führen beide Reaktionsreihen durch. Tagsüber nehmen die meisten Pflanzen Kohlendioxid auf und setzen Sauerstoff frei. Tagsüber und nachts verwenden Pflanzen Sauerstoff, um die Energie aus Zucker und Kohlendioxid freizusetzen. In Pflanzen sind diese Reaktionen nicht gleich. Grüne Pflanzen setzen viel mehr Sauerstoff frei als sie verbrauchen. Tatsächlich sind sie für die atmungsaktive Atmosphäre der Erde verantwortlich.
Organismen, die Licht für die Energie verwenden, die zur Herstellung ihrer eigenen Nahrung benötigt wird, werden genannt Produzenten. Im Gegensatz, Verbraucher sind Kreaturen, die Produzenten fressen, um Energie zu gewinnen. Während Pflanzen die bekanntesten Produzenten sind, stellen Algen, Cyanobakterien und einige Protisten Zucker auch über die Photosynthese her.
Die meisten Menschen kennen Algen und einige einzellige Organismen sind photosynthetisch, aber wussten Sie schon Einige mehrzellige Tiere sind, auch? Einige Verbraucher führen die Photosynthese als sekundäre Energiequelle durch. Zum Beispiel eine Art von Meeresschnecke (Elysia chlorotica) stiehlt Algen Chloroplasten von photosynthetischen Organellen und platziert sie in eigenen Zellen. Der gefleckte Salamander (Ambystoma maculatum) hat eine symbiotische Beziehung zu Algen und nutzt den zusätzlichen Sauerstoff zur Versorgung der Mitochondrien. Die orientalische Hornisse (Vespa orientalis) wandelt mit dem Pigment Xanthoperin Licht in Elektrizität um, die sie als eine Art Solarzelle für nächtliche Aktivitäten verwendet.
Die Gesamtreaktion beschreibt den Input und Output der Photosynthese, aber Pflanzen verwenden unterschiedliche Reaktionssätze, um dieses Ergebnis zu erzielen. Alle Pflanzen verwenden zwei allgemeine Wege: Lichtreaktionen und Dunkelreaktionen (Calvin-Zyklus).
"Normal" oder C.3 Die Photosynthese findet statt, wenn Pflanzen viel Wasser zur Verfügung haben. Diese Reihe von Reaktionen verwendet die Enzym RuBP-Carboxylase reagiert mit Kohlendioxid. Das Verfahren ist hocheffizient, da in einer Pflanzenzelle sowohl die hellen als auch die dunklen Reaktionen gleichzeitig auftreten können.
In C.4 Bei der Photosynthese wird anstelle der RuBP-Carboxylase das Enzym PEP-Carboxylase verwendet. Dieses Enzym ist nützlich, wenn Wasser knapp ist, aber nicht alle Photosynthesereaktionen in denselben Zellen stattfinden können.
Im Cassulacean-Säure-Stoffwechsel oder CAM-PhotosyntheseKohlendioxid wird nur nachts in Pflanzen aufgenommen, wo es in Vakuolen gelagert wird, die tagsüber verarbeitet werden. Die CAM-Photosynthese hilft Pflanzen, Wasser zu sparen, da Blattstomata nur nachts geöffnet sind, wenn es kühler und feuchter ist. Der Nachteil ist, dass die Pflanze nur aus dem gespeicherten Kohlendioxid Glukose produzieren kann. Da weniger Glukose produziert wird, neigen Wüstenpflanzen, die CAM-Photosynthese verwenden, dazu, sehr langsam zu wachsen.
Pflanzen sind Zauberer in Bezug auf die Photosynthese. Ihre gesamte Struktur ist so aufgebaut, dass sie den Prozess unterstützt. Die Wurzeln der Pflanze absorbieren Wasser, das dann von einem speziellen Gefäßgewebe namens Xylem transportiert wird, sodass es im photosynthetischen Stamm und in den Blättern verfügbar sein kann. Blätter enthalten spezielle Poren, sogenannte Stomata, die den Gasaustausch steuern und den Wasserverlust begrenzen. Blätter können eine wachsartige Beschichtung haben, um den Wasserverlust zu minimieren. Einige Pflanzen haben Stacheln, um die Kondensation von Wasser zu fördern.
Die meisten Menschen sind sich bewusst, dass die Photosynthese den Sauerstoff freisetzt, den Tiere zum Leben benötigen, aber die andere wichtige Komponente der Reaktion ist die Kohlenstofffixierung. Photosynthetische Organismen entfernen Kohlendioxid aus der Luft. Kohlendioxid wird in andere organische Verbindungen umgewandelt, die das Leben unterstützen. Während Tiere Kohlendioxid ausatmen, wirken Bäume und Algen als Kohlenstoffsenke und halten den größten Teil des Elements aus der Luft.