Photosynthese
Bei der Photosynthese werden Kohlendioxid, Wasser und Licht in Sauerstoff und Glucose umgewandelt. Ohne diesen Prozess, den alle Pflanzen und einige Bakterienarten durchführen, gäbe es keine sauerstoffhaltige Atmosphäre und damit nahezu kein Leben auf der Erde.
- Was ist Photosynthese?
- Wo findet die Photosynthese statt?
- Wie funktioniert die Photosynthese?
- Photosynthese und Photovoltaik
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Das Wichtigste in Kürze
- Photosynthese findet in den Chloroplasten der Blattzellen statt.
- Der grüne Farbstoff Chlorophyll wandelt Sonnenlicht in chemische Energie um und ermöglicht so die Photosynthese.
- Photovoltaik beruht auf einem ähnlichen Prinzip wie die Photosynthese.
Was ist Photosynthese?
Die Photosynthese ist ein biochemischer Prozess, der in Pflanzen, Algen und einigen Bakterienarten abläuft. Aus Licht, Wasser (H2O) und Kohlendioxid (CO2) entsteht in der Pflanze Glucose und Sauerstoff (O2). Die Formel der Photosynthese sieht so aus:
- 6 H2O + 6 CO2 + Licht = 6 O2 + C6H12O6
Oder ausgeschrieben:
- 6 Moleküle Wasser + 6 Moleküle Kohlenstoffdioxid + Licht = 6 Moleküle Sauerstoff + Glucose
Pflanzen müssen diesen Prozess durchführen, weil sie die dabei entstehende Glucose für die Produktion von Fetten und Eiweißen brauchen. Der so lebenswichtige Sauerstoff ist dabei nur ein Nebenprodukt, am Ende der Synthese gibt die Pflanze Sauerstoff an die Umwelt ab.
Erst dadurch, dass Algen und Bakterien Photosynthese durchführen, ist auf der Erde eine sauerstoffhaltige Atmosphäre entstanden – die Bedingung für organisches Leben und damit auch für den Menschen. Ebenfalls eine Vorbedingung für Leben auf der Erde ist, das für die Photosynthese in hoher Konzentration giftige Kohlendioxid – die Pflanzen nehmen es aus der Luft auf und wandeln es in Sauerstoff um.
Wo genau findet die Photosynthese statt?
Die Photosynthese findet in den grünen Blättern beziehungsweise den Nadeln einer Pflanze statt; genauer gesagt in den Chloroplasten, die sich in den Pflanzenzellen befinden. Im weiteren Sinne ist allerdings das ganze Blatt für den Prozess wichtig. Beispielsweise transportiert sein Schwammgewebe Kohlendioxid und Sauerstoff; die als Xylem bezeichneten Wasserleitungsbahnen führen dem Prozess das benötigte Wasser zu.
Wie funktioniert die Photosynthese?
Der wichtigste Stoff für die Photosynthese ist das in den Chloroplasten enthaltene Chlorophyll. Dieser grüne Farbstoff nimmt Sonnenlicht auf, das anschließend in chemische Energie umgewandelt wird. Auf der Unterseite des Blattes befinden sich Schließzellen, durch die das Kohlendioxid ins Blatt gelangt. In den Chloroplasten treffen Kohlendioxid, Wasser und die aus dem Sonnenlicht entstandene chemische Energie aufeinander und der Umwandlungsprozess beginnt. Am Ende leitet die Pflanze Sauerstoff über die Schließzellen nach außen und speichert die Glucose.
Die Photosynthese besteht aus zwei aufeinanderfolgen Prozessen:
- die Lichtreaktion
- die Dunkelreaktion
Die Lichtreaktion wird auch als primäre Reaktion oder Photoreaktion bezeichnet. Sie ist der Teilprozess der Photosynthese, in dem das Chlorophyll Sonnenlicht aufnimmt und in chemische Energie umwandelt, die die Pflanze für die anschließende Dunkelreaktion benötigt; diese wird auch sekundäre oder Synthesereaktion genannt. In diesem zweiten Prozess wandelt die Pflanze das aufgenommene Kohlendioxid schrittweise in Glucose um.
Das Gegenstück der Photosynthese: Die Zellatmung
Die vor allem nachts stattfindende Zellatmung der Pflanzen ist das Gegenstück zur Photosynthese. Die Zellatmung findet in den Mitochondrien der Zellen statt; bei diesem Prozess werden Sauerstoff und Glucose in Wasser und Kohlendioxid umgewandelt. Dafür wird im Unterschied zur Photosynthese kein Sonnenlicht benötigt. Ein Produkt dieses Vorgangs ist das ungemein wichtige Adenosintriphosphat (ATP), denn es dient der Zelle als Energiespeicher.
Photosynthese und Photovoltaik
Photovoltaik und Photosynthese haben einiges gemeinsam: Beide wandeln Sonnenlicht in Energie um. Der Unterschied ist, dass Pflanzen das Sonnenlicht in chemische Energie umwandeln, während bei der Photovoltaik elektrische Energie entsteht. Allerdings lässt sich das Prinzip der Photovoltaik-Technologie leichter verstehen, wenn die Grundzüge der Photosynthese bekannt sind.
Die Solarzellen lassen sich mit den Chloroplasten vergleichen; in beiden findet die Energieumwandlung statt. Das Silizium, aus dem die Solarzelle besteht, übernimmt die Funktion des Chlorophylls. Und genauso, wie eine Zelle viele Chloroplasten besitzt, damit sie ausreichend Glucose erzeugen kann, sind in einem Solarmodul mehrere Zellen zusammengeschlossen.
Dies gewährleistet, dass die erzeugte Strommenge wirtschaftlich ist. Ein wesentlicher Unterschied ist natürlich, dass mittels Photovoltaik erzeugte Energie nicht für einen Umwandlungsprozess gebraucht wird, sondern direkt als elektrischer Strom nutzbar ist.
