Photosynthese 2

Die Lichtreaktion, Teil A

Lichtreaktion und Dunkelreaktion, Photolyse des Wassers, NADP⁺, Lichtsammelkomplex, NADP⁺-Reduktion, Zick-Zack-Schema

Dieser Foliensatz ist sehr umfangreich, obwohl er bereits auf zwei Foliensätze aufgeteilt wurde. In diesem ersten Teil werden folgende Themen behandelt:

Folien 1 bis 11: Photosynthese chemisch betrachtet

Ausgehend von der Grundgleichung der Photosynthese wird die Reduktion des Kohlendioxids durch den aus dem Wasser stammenden Wasserstoff betrachtet. Durch Aufnahme von 2 H und Abgabe von einem O bildet sich aus CO₂ die Grundeinheit der Glucose, nämlich (CH₂O).

Folien 12 bis 19: Licht- und Dunkelreaktion

Diese Folien zeigen das Zusammenspiel zwischen Licht- und Dunkelreaktion. In der Lichtreaktion wird Wasser mit Hilfe des Sonnenlichts in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt. Der Wasserstoff dient dann in der Dunkelreaktion zur Reduktion des aufgenommenen Kohlendioxids.

Folien 20 bis 22: Die Photolyse des Wassers

Dieses Thema ist recht schnell erklärt, zwei Folien reichen dazu aus.

Folien 23 bis 30: Die Rolle von NADP⁺

Hier wird gezeigt, wie das Coenzym NADP⁺ ein Proton und zwei Elektronen bindet und ein weiteres Proton "mitschleppt", so dass formal zwei H-Atome transportiert werden können.

Auch die Funktion des reduzierten NADPH/H⁺ in der Dunkelreaktion wird aufgezeigt.

Folien 31 bis 35: Der Lichtsammelkomplex

Ca. 400 Chlorophyll-Moleküle bilden einen Lichtsammelkomplex. Jedes dieser Antennen-Moleküle kann Lichtquanten absorbieren. Die absorbierte Energie wird dann über die anderen Chlorophyll-Moleküle zum Reaktionszentrum in der Mitte des Komplexes weitergeleitet. Das Reaktionszentrum spaltet dann Wasser in Protonen und Elektronen sowie Sauerstoff (Photolyse).

Folien 36 bis 61: Die Reduktion von NADP⁺ / Zick-Zack-Schema

Auf den ersten sieben Folien dieses Abschnitts erfolgt eine kleine Chemie-Nachhilfe, und zwar wird hier der Begriff des Redoxpotenzials erarbeitet, ausgehend von dem berühmten Versuch "Eisennagel in Kupfersulfatlösung".

Dann wird das Problem aufgezeigt, dass Wasser ein positiveres Redoxpotenzial als NADP⁺ hat, und dass so ein freiwilliger Elektronentransport nicht möglich ist.

Das Chlorophyll kann in zwei Zuständen vorkommen. Im Grundzustand hat es ein positiveres Redoxpotenzial als Wasser, kann also Elektronen vom Wasser aufnehmen.

Durch Absorption von Licht geht das Chlorophyll vom Grundzustand in einen angeregten Zustand über. Dieser hat ein negativeres Redoxpotenzial als NADP⁺ und kann die Elektronen somit weiterreichen.

Nun erfolgt eine kleine methodische "Enttäuschung" für die Schüler(innen): Wenn es doch so einfach wäre! Das tatächliche Redoxpotenzial von NADP⁺ ist negativer als das Redoxpotenzial des angeregten Chlorophylls.

Die Lösung des Problems: Zwei Lichtsammelkomplexe müssen zusammenarbeiten. Das P₆₈₀ übernimmt zwei Elektronen vom Wasser, wird durch Licht angeregt und gibt die Elektronen an das P₇₀₀ ab. Dieses wird auch durch Licht angeregt und die Elektronen dann an das NADP⁺ abgeben.

Am Ende wird dann das aktuelle Zick-Zack-Schema aus der Wikipedia gezeigt, aber nicht weiter besprochen.

Alle 61 Folien des Foliensatzes im Überblick

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