Direkt zum Inhalt

Pfadnavigation

  1. Startseite
  2. Biologie Abitur
  3. 3 Stoffwechsel und Energieumsatz
  4. 3.4 Aufbauender Stoffwechsel
  5. 3.4.1 Die Fotosynthese ist die Grundlage des Lebens
  6. Fotophosphorylierung

Fotophosphorylierung

Die Fotophosphorylierung beschreibt die Bildung von Adenosintriphosphat (ATP) durch die Anlagerung einer Phosphatgruppe an Adenosindiphosphat (ADP) unter dem Einfluss von Lichtenergie. Der ablaufende Mechanismus der ATP-Bildung im Chloroplasten und die ATP-Bildung im Mitochondrium während der Endoxidation bei der Zellatmung sind grundlegend gleich und werden als Chemiosmose bezeichnet. Es entsteht im Laufe der Lichtreaktionen ein Konzentrationsunterschied an Protonen zwischen Thylakoidinnenraum und Stroma, in dessen Endergebnis durch den angestrebten Konzentrationsausgleich enzymatisch ATP gebildet wird. Je nach Weg der Elektronen bei den lichtabhängigen Reaktionen unterscheidet man zwischen nichtzyklischer und zyklischer Fotophosphorylierung.

Schule wird easy mit KI-Tutor Kim und Duden Learnattack

  • Kim hat in Deutsch, Mathe, Englisch und 6 weiteren Schulfächern immer eine von Lehrkräften geprüfte Erklärung, Video oder Übung parat.
  • 24/7 auf Learnattack.de und WhatsApp mit Bildupload und Sprachnachrichten verfügbar. Ideal, um bei den Hausaufgaben und beim Lernen von Fremdsprachen zu unterstützen.
  • Viel günstiger als andere Nachhilfe und schützt deine Daten.
Jetzt 30 Tage risikofrei testen
Your browser does not support the video tag.

Die Anlagerung von Phosphatgruppen an Adenosinmono- bzw. Adenosindiphosphat (AMP bzw. ADP) wird hier im engeren Sinne als Phosphorylierung bezeichnet. Da es sich bei der Bindung von Phosphatgruppen an Adenosinmonophosphat (AMP) bzw. Adenosindiphosphat (ADP) jeweils um endotherme Reaktionen handelt, ist das entstehende Produkt immer energiereicher als der Ausgangsstoff: AMP → + P ADP → + P ATP . Die in den Produkten gespeicherte Energie kann dann bei Bedarf auf andere chemische Prozesse übertragen werden, sodass ein ständiger Kreislauf entsteht.

Der Begriff Fotophosphorylierung beschreibt die in den Chloroplasten stattfindende ATP-Bildung durch Phosphorylierung von ADP mithilfe der Lichtenergie.
Die ATP-Bildung mithilfe der Lichtenergie in den Chloroplasten läuft grundlegend wie die ATP-Bildung in den Mitochondrien während der Zellatmung (Endoxidation) ab (hier Übertragung der chemischen Energie der Nährstoffe auf ATP – oxidative Phosphorylierung). Der Mechanismus der ablaufenden Prozesse wird auch als Chemiosmose bezeichnet.
Durch die Aufnahme von Lichtenergie in den Fotosystemen werden Elektronen angeregt und auf ein höheres Energieniveau „gehoben“. Damit stehen sie am Anfang einer Elektronentransportkette, die in den Thylakoidmembranen der Chloroplasten integriert ist. Während die energiereichen Elektronen durch abwechselnde Redoxreaktionen die Elektronentransportkette durchlaufen, werden gleichzeitig Protonen ( H + ) dem Stroma entzogen. Die Protonen gelangen in den Thylakoidinnenraum und reichern sich dort an.

  • ATP-Bildung

Zusätzlich entstehen bei der am Fotosystem II stattfindenden Fotolyse des Wassers neben Sauerstoff noch Protonen, die ebenfalls die Konzentration an Protonen im Thylakoidinnenraum erhöhen. Beide Vorgänge konnten experimentell nachgewiesen werden, da sich bei Belichtung der pH-Wert des Thylakoidinnenraums in den sauren Bereich verschiebt (pH-Wert 5). Im Stroma, das die Thylakoidmembranen umgibt, wird dagegen die Konzentration an Protonen geringer, da Protonen bei der Bildung des Reduktionsmittels NADPH + H + aus dem Stroma verbraucht werden. So ändert sich bei Belichtung im Stroma der pH-Wert und geht leicht in basische Bereiche (pH-Wert 8). Im Endergebnis der beschriebenen Prozesse entsteht eine hohe Konzentration an Protonen im Thylakoidinnenraum im Vergleich zu einer geringen Konzentration an Protonen im Stroma. Zum Konzentrationsausgleich diffundieren die Protonen aus dem Thylakoidinnenraum durch ATP-Synthase-Komplexe entlang des Konzentrationsgefälles zurück ins Stroma, sodass enzymatisch gesteuert ATP durch Phosphorylierung von ADP entsteht (ADP + P → ATP).

  • Chemiosmose: Die ATP-Bildung während der Endoxidation der Zellatmung in den Mitochondrien (links) und bei der Fotophosphorylierung in den Chloroplasten (rechts) läuft prinzipiell gleich ab.

Je nach dem Transportweg der Elektronen bei den lichtabhängigen Reaktionen der Fotosynthese unterscheidet man nichtzyklische und zyklische Fotophosphorylierung.
Bei der nichtzyklischen Fotophosphorylierung gelangen die vom Fotosystem II stammenden Elektronen nicht zum Ursprungsort zurück, sondern über die Elektronentransportkette zum Fotosystem I, wo sie die Elektronenlücke, die dort durch Lichtabsorption entstanden ist, wieder auffüllen.
Bei der zyklischen Fotophosphorylierung ist nur das Fotosystem I beteiligt. Die durch Lichtabsorption entstandenen energiereichen Elektronen gelangen über die Elektronentransportkette zu ihrem Ursprungsort, dem Fotosystem I, zurück.

  • Nichtzyklischer Elektronentransport
  • Zyklischer Elektronentransport
Lernhelfer (Duden Learnattack GmbH): "Fotophosphorylierung." In: Lernhelfer (Duden Learnattack GmbH). URL: http://www.lernhelfer.de/schuelerlexikon/biologie-abitur/artikel/fotophosphorylierung (Abgerufen: 20. May 2025, 08:54 UTC)

Suche nach passenden Schlagwörtern

  • Elektronentransport
  • ATP
  • Transportweg
  • Fotophosphorylierung
  • Fotolyse
  • Chemiosmose
Jetzt durchstarten

Lernblockade und Hausaufgabenstress?

Entspannt durch die Schule mit KI-Tutor Kim und Duden Learnattack.

  • Kim hat in Deutsch, Mathe, Englisch und 6 weiteren Schulfächern immer eine von Lehrkräften geprüfte Erklärung, Video oder Übung parat.
  • 24/7 auf Learnattack.de und WhatsApp mit Bildupload und Sprachnachrichten verfügbar. Ideal, um bei den Hausaufgaben und beim Lernen von Fremdsprachen zu unterstützen.
  • Viel günstiger als andere Nachhilfe und schützt deine Daten.

Verwandte Artikel

Obstbau in Neuseeland – Beispiel für Globalisierung

Die Globalisierung der Weltwirtschaft hat auch im Bereich der Agrarproduktion zu neuen Rahmenbedingungen geführt. In Neuseeland wurde im Zeitraum von nur zehn Jahren die Landwirtschaft liberalisiert und unmittelbar dem freien Wettbewerb auf dem Weltmarkt zugänglich gemacht. Während beispielsweise in der EU staatliche Subventionen an die Erzeuger gezahlt werden, kommt die Landwirtschaft in Neuseeland seit 1984 völlig ohne staatlichen Einfluss und finanzielle Zuwendungen aus.
Am Beispiel des Obstbaues wird aufgezeigt, wie es den Landwirten gelungen ist, unter globalen Konkurrenzbedingungen ihre Existenz zu sichern. Unter anderem konzentrierten sich die Farmer Neuseelands auf den Anbau von Spezialkulturen, vor allem auf die Kiwifrucht. Besonders in den Industrieländern war die Nachfrage nach dieser gesunden exotischen Frucht sprunghaft angestiegen. Außerdem haben die neuseeländischen Landwirte rasch auf veränderte Nachfragebedingungen und den gestiegenen Bedarf nach ökologisch wertvollen Produkten reagiert. Inzwischen werden etwa 85 % der Agrarerzeugnisse des Landes in viele Länder der Welt exportiert. Damit hat sich die Landwirtschaft zu einem bedeutenden Wirtschaftsfaktor Neuseelands entwickelt.

Citratzyklus

Der Citratzyklus ist eine 1937 von H.A. KREBS, G. MARTIUS und F. KNOPP etwa gleichzeitig entdeckte zyklische biochemische Reaktionskette, welche in allen lebenden Zellen abläuft. Er verläuft unter Beteiligung von Zitronensäure (Citrat), die zum Zwecke der Gewinnung von Reduktionsäquivalenten in andere organische Säuren umgewandelt wird. Er oxidiert in acht Schritten Acetyl-Reste zu Wasser und Kohlenstoffdioxid. Die dabei gewonnenen Reaktionsprodukte werden an die Atmungskette weitergegeben. Durch anschließende oxidative Phosphorylierung gewinnt die Zelle aus diesem Vorgang 10 ATP pro Acetyl-Gruppe.

Außerdem erfüllt der Citratzyklus eine Schlüsselfunktion im intermediären Stoffwechsel der Zelle. Er verbindet den energieliefernden Endabbau des aus dem Protein-, Fett- und Kohlenhydratstoffwechsel stammenden Zwischenprodukts Acetyl-Coenzym A mit der Erzeugung zahlreicher Vorstufen für anabole Biosynthesewege.

Melvin Calvin

* 08.04.1911 in Saint Paul (Minnesota)
† 08.01.1997 in Berkely (Kalifornien)

Melvin Calvin ist ein amerikanischer Chemiker. In den fünfziger Jahren klärte er mit Hilfe des radioaktiv markierten Kohlenstoffs einen Teil der Fotosynthese auf, der nach ihm mit „Calvin-Zyklus“ benannt wurde. Für diese bahnbrechenden Ergebnisse erhielt Calvin 1961 den Nobelpreis für Chemie.
Calvin isolierte das Rhesus-Antigen und erforschte die Entstehung von Krebs, die chemische Evolution auf der Erde und Theorien zur Urzeugung. Calvin war während des zweiten Weltkrieges an der Entwicklung der Atombombe in den USA mitbeteiligt.

Glykolyse

Glykolyse wurde von den griechischen Wörtern glycos = süß und lysis = Auflösung abgeleitet. Damit ist die Zuckerspaltung gemeint. Sie findet im Cytoplasma der Zellen statt. Bei der aeroben Glykolyse (Sauerstoffanwesenheit) wird ein Glucosemolekül mit 6 C-Atomen unter Energiegewinn in Form von ATP in zwei Pyruvat-Ionen mit 3 C-Atomen gespalten. Pyruvate sind die Anionen der Brenztraubensäure, welche im Citronensäurezyklus weiter verwertet werden. Unter anaeroben Bedingungen (Sauerstoffabwesenheit) ist das Endprodukt der Glykolyse Lactat (Milchsäure) oder Ethanol. Dieser Weg der anaeroben Verwertung von Glucose ist der älteste biochemische Mechanismus zur Energiegewinnung, welcher auch die Entwicklung von lebenden Organismen in sauerstofffreier Atmosphäre ermöglichte.

Chemosynthese

Chemosynthese (auch Chemolithotrophie oder Chemoautotrophie) ist eine Form des chemotrophen Energiestoffwechsels (Chemotrophie), bei dem anorganische Verbindungen oder Ionen die Reduktionsäquivalente für den Energiegewinn liefern. Chemosynthese betreiben chlorophyllfreie Prokaryoten. Sie kommt bei Bodenbakterien und Wasserbakterien vor. Dieser Prozess wurde von SERGEJ NIKOLAJEWITSCH WINOGRADSKIJ (1856-1953) bei den schwefeloxidierenden Bakterien, eisenoxidierenden Bakterien (1887, 1889) und den nitrifizierenden Bakterien (1890) entdeckt.
Bei der Chemolithotrophie werden durch die Oxidation von anorganischen Stoffen ATP als Energiequelle und das Reduktionsmittel NADH + H + als Voraussetzungen für die Herstellung von Kohlenhydraten im CALVIN-Zyklus bereitgestellt. Bei der ersten Phase werden u.a. durch Nitrifikation oder Schwefeloxidation die Voraussetzungen für den CALVIN-Zyklus gebildet. Besondere Bedeutung haben u.a. nitrifizierende Bakterien im Rahmen des Stickstoffkreislaufs oder Schwefelbakterien für die Reinigung der Abwässer.

Ein Angebot von

Footer

  • Impressum
  • Sicherheit & Datenschutz
  • AGB
© Duden Learnattack GmbH, 2025