Warum ist die Fotosyntheserate vom Kohlenstoffdioxidgehalt abhängig?
Hallo,
ich habe da mal eine Frage zum Ablauf der Fotosynthese und weshalb die Sauerstoffproduktion vom CO2-Gehalt der Luft abhängig ist.
Robert Hill hat in seinem Experiment bewiesen, dass die Bildung von Sauerstoff in der lichtabhängigen Teilreaktion der Fotosynthese stattfindet und der Sauerstoff aus der Hydrolyse - sprich der Spaltung des Wassers - stammt. Warum spielt denn dann nun der Kohlenstoffdioxidgehalt der Luft ein limitierenden Faktor für die Sauerstoffbildung? Eigentlich müsste sie doch zumindest am Anfang - wenn noch NADP+, ADP und Phosphat aus dem Calvin-Zyklus vorhanden sind - ablaufen. Liegt das dann schließlich am Überfluss an gebildetem ATP und NADPH/H+, welches nicht mehr verwertet wird? Hat die Pflanze einen selbstregulierenden Mechanismus?
Vielen Dank für die Antworten!
LG
3 Antworten
Eine gute Frage. Nun, die Pflanze hat viele selbstregulierende Mechanismen. Mangel an NADP+ wäre so einer. Was ich dazu gefunden habe ist folgender Abschnitt
Die in der Lichtreaktion gewonnenen Reduktionsäquivalente und ATP werden zum Aufbau von Kohlenhydraten genutzt. Die dabei ablaufenden Vorgänge werden daher auch als Sekundärreaktion der Photosynthese bezeichnet. Da sie nicht direkt vom Licht abhängig sind, werden sie auch als Dunkelreaktion bezeichnet. Diese Bezeichnung ist aber irreführend. Sie entspricht zwar der Tatsache, dass die Prozesse getrennt von der „Lichtreaktion“ der Photosynthese ablaufen und per se auch kein Licht benötigen. Da sie jedoch ATP und NADPH aus der Lichtreaktion benötigen, findet die Dunkelreaktion nicht im Dunkeln statt und ist zumindest indirekt vom Licht abhängig. Zudem sind einige der involvierten Enzyme nur im Licht aktiv.
Was ich Dir aber sagen kann ist, dass die C4 Pflanzen die enge Kopplung CO2 Aufnahme und den Calvin Zyklus räumlich voneinander getrennt haben. Die evolutionär älteren C3-Pflanzen haben sich unter höheren CO2-Bedingungen entwickelt, so dass die niedrige CO2 Konzentration den Ablauf hemmt. Die Vorfixierung den Kohlenstoffs in einem C4 Körper (Oxalacetat). Das kostet zwar zusätzlich Energie, umgeht aber das Problem der niedrigen atmosphärischen CO2- Konzentration (erst bei Konzentrationen klar unterhalb des atmospährischen CO2 Gehalts würde ihre Effektivität abnehmen). Dadurch ist die eigentlich Fotosynthese effektiver und sie sind praktisch unabhängig von der CO2-Konzentration.
C3 Pflanzen profitieren daher durch den durch den Menschen erhöhten CO2 Gehalt, C4 Pflanzen nicht. Das wird mit Sicherheit temporär zu einigen Umstellungsproblemen in der Zusammensetzung von regionalen Ökosystemen führen (So passen einige Nahrungsketten nicht mehr, wenn C4-Pflanzen verschwinden). Global werden C4-Pflanzen sicher zurückgedrängt werden, da die energetischen Zusatzkosten für die Vorbindung in C4 Körper sich nicht mehr rechnet.
So in etwa. Was nützt all der als NADPH gebundene Wasserstoff, wenn er nirgendwo eingebaut werden kann?
"zumindest am Anfang" ... wie lang soll der denn sein? Wenn's hochkommt Minuten, vielleicht auch nur Sekunden.
Es gibt sogar Gerüchte, dass die sog. Photorespiration, also die Anlagerung von Sauerstoff anstatt Kohlendioxid durch die Rubisco (Ribulosebisphosphat-Carboxylase-Oxidase), dem Schutz der Zelle dient, wenn zu viel NADPH und ATP unverarbeitet rumschwirrt.
Das ist das Problem damit, wenn msan nur Teile der Reaktion anschaut.
Die Photosynthese der Pflanzen ist keine Hydrolyse von Wasser also besteht nicht darin, das Wasser elektrisch aufzuspalten in Sauerstoff und Wasserstoff.
Bei der Photsynthese ist CO2 beteiligt, das von der Pflanze dabei aufgespaltet wuird, wobei der Kohlenstoff dann als Bsumaterial der Pflanze verwendet wird.
Deshalb funktioniert die Photosynthese mit mehr C02 besser