Chloroplasten leicht erklärt
Chloroplasten sind die Organellen, in denen Fotosynthese stattfindet. Sie fangen Licht ein und bauen daraus Zucker — sie sind damit die einzige Stelle im ganzen Nahrungsnetz, an der neue chemische Energie hereinkommt. Alles andere lebt davon.
Chlorophyll — der grüne Farbstoff, der Licht absorbiert.
Thylakoide — flache Membransäckchen, hier sitzt das Chlorophyll.
Grana — Stapel aus Thylakoiden.
Stroma — die Flüssigkeit ringsum, hier läuft der Calvin-Zyklus.
Lichtreaktion — Wasser wird gespalten, Sauerstoff frei, ATP und NADPH entstehen.
Calvin-Zyklus — die lichtunabhängige Reaktion, in der aus CO₂ Zucker gebaut wird.
Warum Blätter grün sind
Chlorophyll absorbiert vor allem rotes und blaues Licht. Grünes Licht wird kaum aufgenommen und stattdessen zurückgeworfen — und genau dieses reflektierte Grün sehen wir. Die Blattfarbe zeigt also die Wellenlänge, die die Pflanze nicht gebrauchen kann.
| Lichtreaktion | Calvin-Zyklus | |
|---|---|---|
| Ort | Thylakoidmembran | Stroma |
| Licht nötig | ja | nein, aber die Produkte der Lichtreaktion |
| Ausgangsstoffe | Wasser, Licht | CO₂, ATP, NADPH |
| Produkte | O₂, ATP, NADPH | Glucose |
💬 Mia fragt Opa Theo
Warum werden Blätter im Herbst bunt?
Die Pflanze baut das teure Chlorophyll ab und holt sich den Stickstoff zurück. Übrig bleiben die gelben und roten Farbstoffe, die vorher überdeckt waren.
Die waren also die ganze Zeit da?
Genau. Es kommt nichts Neues hinzu — es verschwindet nur das Grün.
Auch Chloroplasten waren einmal frei
Wie Mitochondrien besitzen Chloroplasten eigene ringförmige DNA, eigene Ribosomen und zwei Membranen. Sie gehen auf aufgenommene Cyanobakterien zurück — dieselbe Endosymbiontentheorie, nur ein zweites Mal in der Evolution.
„Pflanzen atmen nicht." Sie veratmen rund um die Uhr Zucker in ihren Mitochondrien. Tagsüber überwiegt nur die Fotosynthese.
Der Sauerstoff stamme aus dem CO₂. Er stammt aus dem Wasser, das in der Lichtreaktion gespalten wird.
Calvin-Zyklus als „Dunkelreaktion". Er läuft auch im Hellen, er braucht nur kein Licht direkt.
Chloroplasten in allen Pflanzenzellen. Wurzelzellen haben keine — dort kommt kein Licht an.
Eine Zimmerpflanze steht drei Wochen im dunklen Keller. Beschreibe, was mit den Blättern geschieht, und begründe es mit den Teilreaktionen der Fotosynthese.
Lösung anzeigen
Ohne Licht steht die Lichtreaktion still, es entstehen kein ATP und kein NADPH.
Damit fehlt dem Calvin-Zyklus die Energie, und es wird kein Zucker mehr gebildet.
Die Pflanze zehrt zunächst von ihren Stärkereserven und veratmet sie in den
Mitochondrien. Chlorophyll wird abgebaut, weil sein Unterhalt Energie kostet und
keinen Nutzen bringt — die Blätter vergilben. Zusätzlich streckt sich der Trieb
auffällig in die Länge und bildet nur kleine Blätter; diese Notreaktion heißt
Etiolement. Sind die Reserven erschöpft, stirbt die Pflanze.
Licht- und Dunkelreaktion
Fotosynthese läuft im Chloroplasten in zwei Abschnitten ab, und die beiden brauchen ganz verschiedene Bedingungen. Sie finden deshalb auch an verschiedenen Orten innerhalb desselben Organells statt.
Die Lichtreaktion läuft in den Membranen der Thylakoide. Chlorophyll fängt Lichtenergie ein und nutzt sie, um Wassermoleküle zu spalten. Dabei entsteht der Sauerstoff, den die Pflanze abgibt - er stammt also aus dem Wasser und nicht aus dem Kohlenstoffdioxid, was ein beliebter Prüfungsfehler ist. Die freigesetzten Elektronen wandern durch eine Kette von Eiweißkomplexen, und wie im Mitochondrium wird dabei ein Protonengefälle aufgebaut, aus dem eine ATP-Synthase ATP herstellt. Am Ende steht zusätzlich das Transportmolekül NADPH.
Die Dunkelreaktion, auch Calvin-Zyklus genannt, läuft anschließend im Stroma, also im Innenraum zwischen den Thylakoiden. Sie benutzt ATP und NADPH aus der Lichtreaktion, um Kohlenstoffdioxid aus der Luft in Zucker einzubauen. Der Name führt in die Irre: Sie braucht kein Dunkel, sondern nur kein Licht - und weil ihr Treibstoff aus der Lichtreaktion kommt, läuft sie in der Nacht trotzdem bald aus.
Der erste Schritt des Calvin-Zyklus wird von einem Enzym namens RuBisCO erledigt, und dieses Enzym ist gleich in zweierlei Hinsicht bemerkenswert. Erstens ist es vermutlich das häufigste Eiweiß auf der Erde - es macht bei vielen Pflanzen rund die Hälfte des löslichen Eiweißes im Blatt aus. Zweitens ist es ausgesprochen langsam und obendrein ungenau: Es verwechselt Kohlenstoffdioxid gelegentlich mit Sauerstoff und baut dann den falschen Stoff ein, was die Pflanze Energie kostet. Bei Hitze und geschlossenen Spaltöffnungen passiert das besonders oft. Genau deshalb haben sich in heißen Gegenden Umgehungen entwickelt: Mais und Zuckerrohr reichern Kohlenstoffdioxid mit einem Vorschaltweg an, bevor RuBisCO überhaupt zum Zug kommt. Kakteen und Ananas gehen noch weiter und sammeln das Kohlenstoffdioxid nachts, wenn sie ihre Spaltöffnungen ohne großen Wasserverlust öffnen können.
Der Sauerstoff in unserer Atmosphäre stammt vollständig aus der Fotosynthese. Vor rund 2,4 Milliarden Jahren reicherten Cyanobakterien die Luft damit an — für die damaligen Lebewesen war das die größte Vergiftung der Erdgeschichte.
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