Fotosynthese

Fotosynthese ist der Prozess, bei dem Pflanzen Sonnenlicht, Kohlendioxid und Wasser nutzen, um Glukose und Sauerstoff herzustellen.

Was ist Fotosynthese?

Fotosynthese ist einer der wichtigsten biologischen Prozesse auf der Erde. So stellen Pflanzen, Algen und einige Bakterien ihre eigene Nahrung mithilfe von Energie aus Sonnenlicht her. Das Wort kommt aus dem Griechischen: foto (Licht) und synthese (Zusammenfügen).

Pflanzen werden als Autotrophe (oder Produzenten) bezeichnet, weil sie ihre eigene Nahrung herstellen. Tiere hingegen sind Heterotrophe — sie müssen andere Organismen fressen, um Energie zu erhalten.

Die Ausgangsstoffe und Produkte

Die Fotosynthese benötigt drei Dinge:

Kohlendioxid (CO₂) — aus der Luft durch winzige Poren in Blättern namens Stomata aufgenommen
Wasser (H₂O) — von Wurzeln aus dem Boden aufgenommen
Lichtenergie — von Chlorophyll in Chloroplasten eingefangen

Der Prozess erzeugt zwei Dinge:

Glukose (C₆H₁₂O₆) — ein Zucker, den die Pflanze für Energie, Wachstum und Nahrungsspeicherung nutzt
Sauerstoff (O₂) — als Nebenprodukt in die Luft abgegeben (der Sauerstoff, den wir atmen!)

Wortgleichung: Kohlendioxid + Wasser → Glukose + Sauerstoff (unter Verwendung von Lichtenergie)

Hinweis

Fast der gesamte Sauerstoff in der Erdatmosphäre wurde durch Fotosynthese über Milliarden von Jahren produziert. Jeder Atemzug, den du nimmst, wird durch Pflanzen und fotosynthetische Organismen ermöglicht.

Wo findet Fotosynthese statt?

Fotosynthese findet in den Chloroplasten statt, Organellen, die hauptsächlich in Blattzellen vorkommen. Chloroplasten enthalten das grüne Pigment Chlorophyll, das rotes und blaues Licht von der Sonne absorbiert, aber grünes Licht reflektiert — weshalb Pflanzen grün aussehen.

Blätter sind speziell für die Fotosynthese angepasst:

Sie sind breit und flach, um maximales Sonnenlicht zu fangen
Sie sind dünn, sodass Kohlendioxid alle Zellen leicht erreichen kann
Sie haben ein Netzwerk aus Adern, um Wasser zu liefern und Glukose abzutransportieren
Sie sind in den oberen Zellschichten mit Chloroplasten vollgepackt

Faktoren, die die Fotosyntheserate beeinflussen

Die Fotosynthese beschleunigt oder verlangsamt sich abhängig von den Bedingungen:

Lichtintensität — Mehr Licht (bis zu einem gewissen Punkt) bedeutet schnellere Fotosynthese. Kohlendioxidkonzentration — Mehr verfügbares CO₂ bedeutet schnellere Fotosynthese. Temperatur — Die Fotosynthese beschleunigt sich, wenn die Temperatur steigt, wird aber zu langsam oder stoppt, wenn die Temperaturen zu hoch oder zu niedrig sind, weil Enzyme beschädigt werden. Wasserverfügbarkeit — Ohne ausreichend Wasser schließen die Stomata, um Wasserverlust zu verhindern, was auch das Eintreten von CO₂ verhindert.

Tipp

Landwirte und Gewächshausgärtner erhöhen manchmal absichtlich den CO₂-Gehalt in Gewächshäusern — dies kann die Ernteerträge steigern, da Pflanzen schneller Fotosynthese betreiben.

Wie Glukose genutzt wird

Die durch Fotosynthese hergestellte Glukose wird auf verschiedene Arten verwendet:

Zellatmung — in Mitochondrien abgebaut, um Energie freizusetzen
Wachstum — in Zellulose für Zellwände umgewandelt
Speicherung — in Stärke (in Wurzeln und Samen gespeichert) oder andere Moleküle umgewandelt
Reparatur — zur Herstellung neuer Zellbestandteile verwendet

Praxisbezug: Sauerstoff aus dem Regenwald

Der Amazonas-Regenwald wird oft als „Lunge der Erde" bezeichnet. Die Milliarden Bäume betreiben Fotosynthese und binden dabei riesige Mengen CO₂ aus der Atmosphäre, während sie O₂ abgeben. Wissenschaftler schätzen, dass der Amazonas täglich über 20 Milliarden Tonnen Wasser transpiriert und dabei den Sauerstoffgehalt der Atmosphäre deutlich beeinflusst.

Praxisbezug: Blasen an Wasserpest (Elodea) im Unterricht

Wenn man Elodea-Triebe unter Wasser hell beleuchtet, sind deutlich Sauerstoffbläschen an den Schnittstellen sichtbar — das direkte Produkt der Fotosynthese. Je heller die Lampe und je mehr CO₂ im Wasser (z. B. durch Zugabe von Natriumhydrogencarbonat), desto schneller perlen die Bläschen auf. Dieses Experiment macht die Fotosynthese buchstäblich sichtbar.

Praxisbezug: Stärke in der Kartoffel

Kartoffeln sind verdickte Stängelknollen, in denen Pflanzen die durch Fotosynthese produzierte Glukose als Stärke speichern. Ein paar Tropfen Jodlösung auf eine frische Kartoffelscheibe färben diese blauschwarz — ein klassischer Nachweis für Stärke und damit für gespeicherte Fotosynthese-Energie.

Tipp Wo siehst du das im Alltag? Jedes Brot, jeder Reis, jede Kartoffel auf deinem Teller enthält Kohlenhydrate, die durch Fotosynthese aus CO₂ und Wasser aufgebaut wurden. Auch der Sauerstoff, den du gerade einatmest, wurde von Pflanzen und Algen durch Fotosynthese produziert.

Übungsaufgaben

Schreibe die Wortgleichung für die Fotosynthese.

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Kohlendioxid + Wasser → Glukose + Sauerstoff (unter Verwendung von Lichtenergie)

Nenne zwei Wege, wie eine Pflanze die durch Fotosynthese produzierte Glukose nutzt.

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Zwei beliebige von: Zellatmung (um Energie freizusetzen), Wachstum (Zellulose für Zellwände herzustellen), Speicherung (in Stärke umgewandelt) oder Reparatur (neue Zellbestandteile herzustellen).