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Lichtabhängige Reaktionen (Photophosphorylierung)

1954
  • Daniel I. Arnon
Chloroplasten in einer Laborumgebung, die lichtabhängige Reaktionen in der Pflanzenphysiologie hervorheben.

(Abbildung dient nur zur Veranschaulichung)

Die erste Phase der Photosynthese, die lichtabhängigen Reaktionen, findet in den Thylakoidmembranen der Chloroplasten statt. Chlorophyll fängt Lichtenergie ein und spaltet Wasser (Photolyse), wobei Sauerstoff, Protonen (H⁺) und Elektronen (e⁻) freigesetzt werden. Diese Energie wird genutzt, um zwei energiereiche Moleküle zu erzeugen: Adenosintriphosphat (ATP) und Nicotinamidadenindinukleotidphosphat (NADPH), die die nachfolgende Photosynthese antreiben. Calvin-Zyklus.

Die lichtabhängigen Reaktionen werden ausgelöst, wenn Photonen auf Pigmentmoleküle im Photosystem II (PSII) treffen. Dadurch werden Elektronen angeregt, die anschließend über eine Elektronentransportkette weitergeleitet werden. Um diese Elektronen zu ersetzen, spaltet PSII Wassermoleküle am Sauerstoffkomplex – ein Prozess namens Photolyse, bei dem Sauerstoff (O₂) als Nebenprodukt freigesetzt wird. Während die Elektronen die Transportkette zum Photosystem I (PSI) entlangwandern, wird ihre Energie genutzt, um Protonen aus dem Stroma in das Thylakoidlumen zu pumpen und so eine protonenmotorische Kraft zu erzeugen.

Bei PSI werden Elektronen durch ein weiteres Photon regeneriert und zur Reduktion von NADP+ zu NADPH genutzt. Der über die Thylakoidmembran entstehende Protonengradient treibt das Enzym ATP-Synthase an, welches ATP aus ADP und anorganischem Phosphat synthetisiert, während Protonen ins Stroma zurückfließen. Dieser Prozess wird als Photophosphorylierung bezeichnet. In manchen Fällen kann ein zyklischer Stoffwechselweg ablaufen, an dem nur PSI beteiligt ist. Dabei wird ATP, aber kein NADPH erzeugt, wodurch der Energiebedarf der Zelle ausgeglichen wird.

UNESCO Nomenclature: 2417
- Pflanzenphysiologie

Typ

Biochemischer Prozess

Störung

Grundlegendes

Verwendung

Weitverbreitete Verwendung

Vorläufer

  • Entdeckung der Chloroplasten durch Hugo von Mohl
  • Isolierung von Chlorophyll durch Peter Joseph Pelletier und Joseph Bienaime Caventou
  • Robert Hills Nachweis, dass isolierte Chloroplasten in Gegenwart von Licht und einem künstlichen Elektronenakzeptor Sauerstoff produzieren (die Hill-Reaktion).
  • Entdeckung von ATP als wichtigster Energieträger der Zelle

Anwendungen

  • Forschung zur künstlichen Photosynthese
  • Entwicklung von Herbiziden, die auf Elektronentransportketten abzielen
  • Verständnis der Solarenergieumwandlung
  • Bio-Wasserstoffproduktion aus Algen

Patente:

NA

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Verwandt mit: lichtabhängigen Reaktionen, Photophosphorylierung, Thylakoid, Chlorophyll, Photosystem II, Photosystem I, Elektronentransportkette, ATP, NADPH, Photolyse.

Historischer Kontext

Lichtabhängige Reaktionen (Photophosphorylierung)

1940
1950
1950
1954
1960
1967
1970
1930
1940
1950
1951
1958
1960
1970
1973

(wenn das Datum unbekannt oder nicht relevant ist, z. B. „Strömungsmechanik“, wird eine gerundete Schätzung seines bemerkenswerten Auftretens bereitgestellt)

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