Photosynthese

Photosynthese oder Fotosynthese (altgriechisch φῶς phōs „Licht“ und σύνθεσις sýnthesis „Zusammensetzung“) bezeichnet die Erzeugung von energiereichen Stoffen aus energieärmeren Stoffen mit Hilfe von Lichtenergie. Sie wird von Pflanzen, Algen- und einigen Bakteriengruppen betrieben. Bei diesem biochemischen Vorgang wird zunächst mit Hilfe von lichtabsorbierenden Farbstoffen, meistens Chlorophyllen, Lichtenergie in chemische Energie umgewandelt. Diese wird dann unter anderem zum Aufbau energiereicher organischer Verbindungen – Kohlenhydrate - aus energiearmen, anorganischen Stoffen, hauptsächlich aus Kohlenstoffdioxid CO2 (Kohlenstoffdioxid-Assimilation) und Wasser H2O, verwendet. Da die energiereichen organischen Stoffe zu Bestandteilen des Lebewesens werden, bezeichnet man deren Synthese als Assimilation. Neben Kohlenstoffdioxid und Wasser werden auch Nitrat und Sulfat assimiliert.

Die Photosynthese kann in drei Schritte untergliedert werden:

Zuerst wird die elektromagnetische Energie in Form von Licht geeigneter Wellenlänge unter Verwendung von Farbstoffen (Chlorophylle, Phycobiline, Carotinoide) absorbiert.
Direkt hieran anschließend erfolgt im zweiten Schritt eine Umwandlung der elektromagnetischen Energie in chemische Energie durch Übertragung von Elektronen, die durch die Lichtenergie in einen energiereichen Zustand versetzt wurden (Redoxreaktion).
Im letzten Schritt wird diese chemische Energie zur Synthese energiereicher organischer Verbindungen verwendet, die den Lebewesen sowohl im Baustoffwechsel für das Wachstum als auch im Energiestoffwechsel für die Gewinnung von Energie dienen.

Die ersten beiden Schritte werden als Lichtreaktion bezeichnet. Der letzte Schritt ist eine weitgehend lichtunabhängige Reaktion.

Allgemeine Photosynthesegleichung

Die Gesamtreaktion der Photosynthese lässt sich im Fall von CO₂ als Ausgangsstoff allgemein und vereinfacht mit den folgenden Summengleichungen formulieren, in denen <CH₂O> für die gebildeten energiereichen organischen Stoffe steht.
Mit einem Reduktans, das durch Abgabe von Wasserstoff (H) reduziert, wie Wasser (H₂O), Schwefelwasserstoff (H₂S) und elementarer, molekularer Wasserstoff(H₂), (alle hier mit dem allgemeinen Ausdruck <H>).