Phasen der Photosynthese: Lichtreaktion und Calvin-Zyklus bei Cannabis

Die Photosynthese läuft in zwei Phasen ab: In der Lichtreaktion fangen Pflanzen wie Cannabis Licht ein, spalten Wasser und speichern die Energie in ATP und NADPH. In der lichtunabhängigen Reaktion, dem Calvin-Zyklus, bauen sie mit dieser Energie aus CO₂ Zucker auf – den Treibstoff fürs Wachstum. Nebenbei entsteht der Sauerstoff, den wir atmen, und das Gleichgewicht der Erdatmosphäre bleibt erhalten.

Bei Cannabis läuft die Photosynthese in mehreren Schritten ab, die jeweils eigene biochemische Prozesse anstoßen. Sie sind die Grundlage für gesundes Wachstum und für die Bildung der begehrten Inhaltsstoffe wie Cannabinoide und Terpene.

Was ist Photosynthese?

Die Photosynthese ist für Pflanzen – Cannabis eingeschlossen – lebenswichtig: Mit ihr verwandeln sie Sonnenlicht, Wasser und Kohlendioxid in nutzbare Energie und Sauerstoff.

Sie läuft in mehreren Schritten in den Blattzellen ab, genauer in den Chloroplasten, den grünen Zellbestandteilen, die für die Photosynthese zuständig sind. Hier die Phasen im Schnelldurchlauf:

1. Licht einfangen: Das Chlorophyll in den Chloroplasten nimmt Sonnenlicht auf. Mit dieser Energie werden Wassermoleküle in Sauerstoff, Elektronen und Protonen gespalten.
2. ATP und NADPH bilden: Die freigesetzten Elektronen und Protonen werden genutzt, um Adenosintriphosphat (ATP) und reduziertes Nicotinamidadenindinukleotidphosphat (NADPH) herzustellen – zwei Moleküle, die Energie speichern und transportieren.
3. Calvin-Benson-Zyklus: Jetzt wird Kohlendioxid aus der Luft an eine Verbindung mit fünf Kohlenstoffatomen gebunden, Ribulose-1,5-bisphosphat (RuBP). Daraus entstehen Moleküle mit drei Kohlenstoffatomen, 3-Phosphoglycerat (3-PGA). Diese werden zu Kohlenhydraten wie Glukose umgebaut, die der Pflanze als Energiequelle und Baumaterial dienen.
4. RuBP regenerieren: Damit der Calvin-Benson-Zyklus weiterläuft, wird ein Teil der Produkte genutzt, um wieder RuBP herzustellen – und der Kreislauf beginnt von vorn.

Die Photosynthese läuft ständig und ist überlebenswichtig, weil sie den Pflanzen die Energie für Wachstum und Entwicklung liefert. Und sie nützt nicht nur den Pflanzen: Sie produziert Sauerstoff und bindet Kohlenstoff, was hilft, den Klimawandel abzumildern.

Von der Wurzel bis zum Zucker: Wie passt die Photosynthese ins Leben der Pflanze?

Die Photosynthese ist zentral für das Leben der Pflanze: Sie macht aus Wasser, Kohlendioxid und Licht nutzbare Energie. Vereinfacht lässt sich der Weg dorthin in vier Schritte gliedern: Aufnahme, Transport, Photosynthese und Ernährung.

1. Aufnahme: Über die Wurzeln nimmt die Pflanze Wasser und Mineralstoffe aus dem Boden auf. Sie liefern die Bausteine, die für die Energieproduktion gebraucht werden.
2. Transport: Wasser und Nährstoffe wandern durch die Leitbahnen der Pflanze bis in die Blätter, wo der Großteil der Photosynthese stattfindet. Ohne diesen Transport käme nichts dort an, wo es gebraucht wird.
3. Photosynthese: Das Herzstück. Die Pflanze nutzt Lichtenergie, um aus Kohlendioxid und Wasser Zucker und Sauerstoff herzustellen. Die Photosynthese besteht aus zwei Hauptphasen:
   • Lichtreaktion: Lichtenergie wird in chemische Energie in Form von ATP und NADPH umgewandelt. Diese Energieträger werden in der nächsten Phase gebraucht.
   • Dunkelreaktion: Mit der in ATP und NADPH gespeicherten Energie wird aus Kohlendioxid Zucker aufgebaut. Trotz des Namens läuft sie nicht im Dunkeln ab – sie hängt nur nicht direkt vom Licht ab.
4. Ernährung und Wachstum: Zum Schluss nutzt die Pflanze die gebildeten Stoffe, um sich zu ernähren und zu wachsen. Zucker und andere Nährstoffe dienen als Energiequelle und Baumaterial für neue Zellen.

Was passiert in der Lichtreaktion der Photosynthese?

Die Lichtreaktion ist der erste entscheidende Schritt, in dem Sonnenenergie in chemische Energie umgewandelt wird. Das Licht wird von sogenannten Photosystemen aufgefangen, Komplexen aus Chlorophyll und Proteinen in den Chloroplasten der Pflanzenzellen. Wie der Name sagt, läuft diese Phase nur bei Licht ab, egal ob natürlich oder künstlich.

Die Hauptrollen spielen Photosystem I und II. Sie fangen das Licht ein und nutzen seine Energie, um Elektronen über eine Kette von Empfängermolekülen weiterzureichen – im Chloroplasten fließt quasi ein elektrischer Strom. Man kann sich das vorstellen, als würden die Elektronen von Molekül zu Molekül springen, wie in einer Transportkette.

Ein zentraler Vorgang der Lichtreaktion ist die Photolyse des Wassers im Photosystem II. Die Lichtenergie regt die Elektronen des Wassermoleküls an und spaltet es in Sauerstoff, Protonen (H+) und Elektronen. Der freigesetzte Sauerstoff verbindet sich mit einem weiteren Sauerstoffatom zu O2 – genau dem Sauerstoff, den wir atmen!

Warum braucht Cannabis die Lichtreaktion?

Die vom Chlorophyll aufgenommene Lichtenergie geht auf Elektronen über, die in die Elektronentransportkette eingespeist werden. Dort entstehen Adenosintriphosphat (ATP) und reduziertes Nicotinamidadenindinukleotidphosphat (NADPH).

Beide Moleküle braucht die Pflanze für die nächste Phase, den Calvin-Zyklus, in dem die ersten Zucker entstehen – Energiequelle und Rohstoff fürs Wachstum.

Kurz gesagt: Die Lichtreaktion ist ein lebenswichtiger Schritt, weil sie Sonnenenergie in chemische Energie verwandelt, von der sich die Pflanze ernährt und wächst.

Was passiert in der Dunkelreaktion der Photosynthese?

Die Dunkelreaktion findet im Stroma der Chloroplasten statt, also in ihrer Grundsubstanz. Hier läuft der Calvin-Zyklus ab, in dem aus dem Kohlendioxid (CO2) der Luft organische Verbindungen entstehen, vor allem Kohlenhydrate bzw. Zucker.

Dabei reagiert Ribulose-1,5-bisphosphat mit dem CO2 aus der Luft, beschleunigt durch das Enzym RuBisCO, zu 3-Phosphoglycerat. Mit Hilfe von ATP und NADPH aus der Lichtreaktion wird daraus erst 1,3-Bisphosphoglycerat und schließlich Glycerinaldehyd-3-phosphat (G3P).

Ein Teil des G3P wird zu Glukose und anderen Kohlenhydraten verarbeitet, der Rest wird recycelt, um wieder Ribulose-1,5-bisphosphat herzustellen – damit schließt sich der Calvin-Zyklus. Für die Pflanze ist das essenziell, denn so entstehen die Stoffe, die sie für Wachstum und Entwicklung braucht.

Wozu dient die Dunkelreaktion der Photosynthese?

Die Produkte der Dunkelreaktion werden anschließend in weiteren chemischen Reaktionen zu Stärke, Kohlenhydraten und anderen organischen Verbindungen verarbeitet, die für Aufbau und Funktion der Pflanze unverzichtbar sind. Zucker wandert zum Beispiel in die Wurzeln und kann dort als Stärke eingelagert werden, als Energiereserve.

Unterm Strich ist die Dunkelreaktion ein komplexer, aber lebenswichtiger Prozess: Mit ihr verwandeln Pflanzen CO2 aus der Luft in organische Stoffe für Wachstum und Entwicklung.

Warum ist die Photosynthese für das Leben auf der Erde so wichtig?

Die Photosynthese ist eine Grundlage des Lebens auf der Erde – nicht nur für Pflanzen, sondern auch für Tiere und Pilze.

Sie liefert den Sauerstoff in unserer Atmosphäre und ist der mit Abstand wichtigste Weg, aus Mineralstoffen organische Substanz aufzubauen. Ohne Photosynthese gäbe es Leben, wie wir es kennen, auf unserem Planeten nicht.

Welche Rolle spielt die Photosynthese für Sauerstoff und Nahrungskette?

Die Photosynthese von Landpflanzen, Algen und bestimmten Bakterien hält unsere Atmosphäre sauerstoffreich. Diesen Sauerstoff brauchen fast alle Lebewesen zum Atmen, auch wir Menschen.

Außerdem bildet die Photosynthese die Basis der Nahrungskette: Pflanzen und andere photosynthetische Organismen produzieren Zucker und weitere organische Stoffe, von denen Pflanzenfresser leben – und die wiederum ernähren die Fleischfresser.