Fotosynthese (Photosynthese)

Biochemischer Vorgang in Pflanzen, Algen und bestimmten Bakterien, bei dem Lichtenergie in chemische Energie umgewandelt wird. Dient zum Aufbau von organischen Verbindungen.

Die Fotosynthese ist der bedeutendste biochemische Prozess der Erde. Er findet in den Chloroplasten der grünen Pflanzen und Algen statt. Auch einige Bakterien können Fotosynthese betreiben.

Bei der Fotosynthese wird in einem ersten Schritt, der Lichtreaktion, Sonnenlicht gesammelt und seine Energie in chemische Energie in Form von Adenosintriphosphat (ATP) umgewandelt. ATP ist der Hauptenergieträger der Zellen. Mit Hilfe der Lichtenergie wird außerdem Wasser gespalten. Dabei entsteht gebundener Wasserstoff (NADPH) und als „Abfallprodukt“ Sauerstoff. In der sogenannten Dunkelreaktion, dem Calvin-Zyklus, wird dann mit Hilfe der Produkte aus der Lichtreaktion aus Kohlenstoffdioxid (CO₂) Zucker (Glukose, C₆H₁₂O₆) erzeugt. Vereinfacht dargestellt lautet die Fotosynthesegleichung:

6 CO₂ + 6 H₂O + Licht -> 6 O₂ + C₆H₁₂O₆

Der Sauerstoff wird zum Teil in der Pflanze für andere chemische Prozesse genutzt, zum Großteil aber in die Umgebung freigesetzt. Die Glukose dient als Ausgangsstoff für den Aufbau organischer Verbindungen, in erster Linie Kohlenhydrate.

Die pflanzlichen Fotosyntheseprozesse laufen an einigen Stellen nicht optimal ab. So geht z.B. ein Teil der eingefangenen Energie ungenutzt verloren. Wissenschaftler arbeiten daher daran, Wege zu finden, wie die Fotosynthese effizienter gemacht werden kann und damit Pflanzen produktiver werden können (mehr Biomasse, höhere Erträge). Mit Hilfe gentechnischer Methoden, heute zunehmend auch mit den neuen Genome Editing-Verfahren, werden folgende Ansätze verfolgt (Beispiele):

• Enzyme werden so verändert, dass sie effektiver arbeiten, z.B. die Rubisco, das zentrale Enzym in der Fotosynthese, das für die Bindung von CO2 zuständig ist.
• Stoffwechselwege werden so angepasst, dass weniger Energie verbraucht wird.
• Die effektivere Fotosyntheseform der C4-Pflanzen wird auf C3-Pflanzen übertragen.

Siehe auch

Chloroplasten Kohlenhydrate Genome Editing Enzym RuBisCO C4-Pflanzen