Erklärung Photorespiration?
Ich habe mir schon Videos zu dem.thema angeguckt und auch artikel gelesen aber ich verstehe es einfach nicht.Kann mir es vllt jemand kurz und präzise erklären?
3 Antworten
Hi,
ich schreibe einfach noch etwas um Thomas` Antwort drum herum, schau mal hier ist die Photorespiration in einer Abbildung zusammengefasst, der rote Smiley: https://ib.bioninja.com.au/higher-level/topic-8-metabolism-cell/untitled-2/c3-c4-and-cam-plants.html
da geht O2 in den Zyklus rein und CO2 aus dem Zyklus raus, das ist genau das Umgekehrte, wie bei der Photosynthese, unterstützt vom gleichen Enzym (Rubisco), welches auch für die Photosynthese (grüner Smiley) zuständig ist.
Eine O2-Aufnahme und CO2-Abgabe, die im Licht in Photosynthese betreibenden Zellen beobachtet wird, ist formal ähnlich mit dem Gaswechsel der Atmung (Respiration), daher hat man dieses Phänomen Photo-respiration genannt, jedoch unterscheidet es sich hinsichtlich der Reaktionsfolge und der beteiligten Zellorganellen von der normalen Atmung. Es ist ein Effekt, der nur im Zusammenhang mit der Rubisco und der Photosynthese beobachtet wird und nix mit normaler Atmung zu tun hat. Er beruht vermutlich auf einer Unvollkommenheit des Enzyms Rubisco, wie Thomas schon sagte, zwischen CO2 und O2 zu unterscheiden. Was es damit funktionell auf sich haben könnte, ist spekulativ.
Man kann auch die Hypothese ins Feld führen, dass in der viele Millionen Jahre zurückliegenden Zeit auf der Erde, in der sich das Enzym Rubisco entwickelt hat, Sauerstoff in der Atmosphäre noch keine Rolle spielte. Bei der Herausbildung des aktiven Zentrums des Enzyms, war Sauerstoff als Kompetitor kein Thema. Erst später, als die Atmosphäre mit Sauerstoff angereichert wurde, trat bei der Rubisco Sauerstoff in Konkurrenz zu ihrem Substrat CO2, was man vorher nicht bedacht hatte. Diese letzte Aussage ist natürlich nicht legitim, weil es ja Evolution hervorgebracht hat, nennen wir es "Beinaheunfall".
Bisher jedenfalls hat die Evolution des Enzyms keine Lösung entwickelt, zwischen O2 und CO2 zu unterscheiden. Was uns allen den A... gerettet haben mag, ist die hohe Affinität des Enzyms zu CO2, die ca. 100-fach höher ist, als zu O2, so dass der Ablauf des Calvin-Zyklus, unter physiologischen Bedingungen, begünstigt ist. Wäre das nicht "zufällig" so, eventuell hat das Enzym da doch schon etwas optimiert, hätte die Anreicherung der Atmosphäre mit O2, die Photosynthese, die unser aller Lebensgrundlage ist, möglicherweise in Bedrängnis gebracht und das Leben hätte sich möglicherweise anders entwickelt. Na ja, wohl gerade noch mal so die Kurve gekriegt :) Gruß
Man gliedert den Ablauf der Photosynthese ja in eine lichtabhängige und eine lichtunabhängige Reaktion. Bei der lichtabhängigen Reaktion werden Stoffe gebildet, die in der Dunkelreaktion verbraucht werden.
Stell dir einen Produktionsprozess vor, bei dem der zweite Schritt auf der Zulieferung durch den ersten Schritt beruht, gleichzeitig werden aber die "verbrauchten" Grundstoffe aus dem zweiten Schritt im ersten Schritt wieder benötigt. Es kommt es zu einem üblen Stau und alles verhakt sich, wenn die Grundstoffe fehlen.
Das Ergebnis der Lichtreaktion sind (neben O2) die Energie- und Reduktionsäquivalente ATP und NADPH. Sie werden in der lichtunabhängigen Reaktion verbraucht und stehen als ADP und NADP+ wieder für die Lichtreaktion zur Verfügung
Wenn NADP+ fehlt könenn die Elektronen die Chloroplasten schädigen. Die Photorespiration (Verbrauch von ATP und NADPH) ist also eine Schutzreaktion.
Die lichtunabhängige Reaktion benötigt CO2, über Rubisco wurde ja schon geschrieben. CO2 gerät in einen Mangel, wenn die Stomata aufgrund von Wassermangel geschlossen sind. Das ist in der Mittagszeit bei hoher Sonneneinstrahlung der Fall. Die Photorespiration ist also hauptsächlich eine Reaktion auf Trockenstress.
Die Vorteile von C4 und CAM-Pflanzen (kennst du diese besonderen Photosynthesewege?) beruhen u.A. auf einer besseren bzw. in die Nachtzeit verlagerten CO2-Fixierung.
Zu meiner Zeit war es noch eher ein Rätsel. Die Rubisco, das mengenmäßig bedeutendste Enzym der Erde, ist zu blöd, um zwischen Kohlendioxid und Sauerstoff zu unterscheiden ???
Heutzutage ist man wohl der Auffassung, dass so Energie "vernichtet" wird, bevor sie sie anderweitig Schaden anrichtet. Also wenn die Lichtreaktion der Photosynthese auch Hochtouren läuft und die Dunkelreaktion nicht mitkommt. Die Lichtreaktion lässt sich ja nicht einfach stoppen, indem die Pflanze ihre Jalousien rausfährt.