Fotosynthese und Zellatmung sind die beiden wichtigsten Stoffwechselvorgänge des Lebens. Die Fotosynthese baut mit Sonnenenergie Zucker auf, die Zellatmung baut ihn wieder ab und macht die darin gespeicherte Energie nutzbar. Beide Prozesse sind wie zwei Seiten einer Medaille – und ein Dauerbrenner in Biologie-Klassenarbeiten.
Grüne Pflanzen, Algen und manche Bakterien stellen mithilfe von Lichtenergie aus Kohlenstoffdioxid und Wasser Traubenzucker (Glucose) her. Dabei wird Sauerstoff freigesetzt.
Wortgleichung: Kohlenstoffdioxid + Wasser → Traubenzucker + Sauerstoff (mit Lichtenergie, Chlorophyll)
Formelgleichung: 6 CO₂ + 6 H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂
In den Chloroplasten der Pflanzenzellen, vor allem in den Blättern. Der grüne Farbstoff Chlorophyll absorbiert das Licht. Kohlenstoffdioxid gelangt über die Spaltöffnungen an der Blattunterseite ins Blatt, Wasser wird über die Wurzeln aufgenommen und durch Leitbündel transportiert.
Alle Lebewesen – auch Pflanzen – gewinnen Energie, indem sie Traubenzucker mit Sauerstoff abbauen. Dabei entstehen Kohlenstoffdioxid und Wasser, und Energie wird frei.
Formelgleichung: C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O (+ Energie)
Die Zellatmung findet in den Mitochondrien statt, den „Kraftwerken der Zelle“. Die gewonnene Energie wird in Form von ATP gespeichert und für alle Lebensvorgänge genutzt.
Die Gleichungen sind genau umgekehrt: Was die Fotosynthese aufbaut, baut die Zellatmung ab. Die Produkte der einen sind die Ausgangsstoffe der anderen. So entsteht ein Kreislauf von Kohlenstoff und Sauerstoff zwischen Pflanzen und Tieren. Die Energie stammt ursprünglich von der Sonne und wird über die Nahrungskette weitergegeben.
Viele glauben, dass Pflanzen nur Fotosynthese betreiben und Tiere nur atmen. Tatsächlich betreiben Pflanzen Tag und Nacht Zellatmung. Tagsüber überwiegt aber die Fotosynthese, sodass sie insgesamt mehr Sauerstoff abgeben als verbrauchen.
Der Faktor, der gerade am knappsten ist, begrenzt die Fotosynthese (Minimumfaktor).
Die Wasserpest in einem Glas mit Wasser bildet im Licht Gasbläschen – den Sauerstoff. Je heller das Licht, desto mehr Bläschen. Mit der Iodprobe lässt sich Stärke in belichteten Blättern nachweisen, in abgedeckten Blattteilen dagegen nicht.
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