Fotosynthese

Durch Fotosynthese wird in Pflanzenzellen mithilfe von Sonnenenergie Glucose aus$C{O}_2$und Wasser synthetisiert. Die Kohlenstoffatome des Kohlenstoffdioxids werden reduziert und aus dem Wasser wird elementarer Sauerstoff freigesetzt. Im Stoffwechsel der Pflanze kann die gebildete Glucose weiter zu anderen Kohlenhydraten sowie zu Fetten und Proteinen umgebaut werden.

$\begin{array}{l}\text{Kohlendioxid + Wasser }\stackrel{\text{Lichtenergie}}{\to }\text{ Glucose + Sauerstoff}\\ {\text{6 CO}}_{\text{2}}{\text{ + 12 H}}_{\text{2}}\text{O }\stackrel{\text{Lichtenergie}}{\to }{\text{ C}}_{\text{6}}{\text{H}}_{\text{12}}{\text{O}}_{\text{6}}{\text{ + 6 O}}_{\text{2}}{\text{ + 6 H}}_{\text{2}}\text{O}\end{array}$

Die Fotosynthese findet in den Chloroplasten statt. Das dort enthaltene Chlorophyll wird durch das einfallende Sonnenlicht angeregt und macht so die Sonnenenergie für die Produktion von Glucose und Sauerstoff verfügbar. Chlorophyll enthält wie das Häm im Hämoglobin ein aus vier verknüpften Pyrrolringen aufgebautes Porphyringerüst. In der Mitte befindet sich ein Magnesiumatom. Die Fotosynthese läuft in zwei eng miteinander verbundenen Abschnitten, den lichtabhängigen Primärprozessen und den lichtunabhängigen Sekundärprozessen ab.
Die lichtabhängige Reaktion besteht im Wesentlichen aus zwei Teilprozessen. Im ersten Schritt wird Licht vom Chlorophyll absorbiert. Das Chlorophyll wird oxidiert und das abgegebene Elektron über mehrere Zwischenstufen (Elektronentransportkette) auf NADP⁺ übertragen. Es entsteht NADPH +${\text{H}}^{\text{+}}$. Der zweite Teilprozess beinhaltet die Bildung von ATP aus ADP und Phosphat durch den Enzymkomplex ATP-Synthase (Fotophosphorylierung). Die im Zuge dieser Lichtreaktion gewonnene chemische Energie (ATP) wird in einem Folgeschritt zusammen mit Wasserstoffatomen genutzt, um Glucose zu reduzieren (Dunkelreaktion).