Fotosynthese ist der Prozess, bei dem grüne Pflanzen mithilfe von Licht aus Kohlendioxid und Wasser organische Stoffe (Glukose) herstellen und Sauerstoff freisetzen. Er findet in den Chloroplasten statt und besteht aus zwei Phasen: der Lichtreaktion und der Dunkelreaktion. Auf dieser Seite erfährst du einfach erklärt, was Fotosynthese ist, wo sie stattfindet, wie sich die Phasen unterscheiden, wie die Gleichung aussieht und was dabei entsteht. Am Ende gibt es ein interaktives Quiz zum Selbsttest.
Was ist Fotosynthese und wo findet sie statt
Fotosynthese (aus dem Griechischen phos = Licht und synthesis = Zusammensetzung) ist die Bildung organischer Stoffe aus anorganischen Stoffen mithilfe von Licht. Einfach gesagt: Die Pflanze „kocht ihr eigenes Essen“ aus Luft und Wasser, indem sie die Energie des Sonnenlichts nutzt.
Die Fotosynthese findet in den Chloroplasten statt – das sind grüne Plastiden, die besonders zahlreich in Blattzellen vorkommen. In den Chloroplasten befindet sich der grüne Farbstoff Chlorophyll: Er fängt die Lichtenergie ein und startet den gesamten Prozess. Pflanzen erscheinen grün, weil sie Chlorophyll enthalten.
Für die Fotosynthese benötigt die Pflanze drei Dinge:
- Licht (Sonnenlicht oder künstliches Licht);
- Wasser – das die Wurzeln aus dem Boden aufsaugen;
- Kohlendioxid (CO₂) – das aus der Luft durch die Spaltöffnungen der Blätter aufgenommen wird.
Die gesamte Fotosynthese unterteilt sich in zwei aufeinanderfolgende Phasen: die Lichtreaktion und die Dunkelreaktion. Die Namen führen oft zu Verwirrung, daher schauen wir uns beide einzeln an.
Der Prozess der Fotosynthese: Was entsteht woraus
Das Schema zeigt das Wesentliche: Links steht, was in das Blatt hineingeht (Licht, Wasser und Kohlendioxid), rechts steht, was entsteht (Glukose und Sauerstoff). Den Sauerstoff gibt die Pflanze an die Luft ab, die Glukose nutzt sie als Nahrung und speichert sie in Form von Stärke.
Fotosynthese-Gleichung
Der gesamte Prozess lässt sich in einer Summengleichung zusammenfassen. Sechs Moleküle Kohlendioxid und sechs Moleküle Wasser werden unter Lichteinfluss und mithilfe von Chlorophyll in ein Molekül Glukose und sechs Moleküle Sauerstoff umgewandelt.
Licht- und Dunkelreaktion der Fotosynthese
Die Fotosynthese verläuft in zwei Schritten. Die Lichtreaktion findet an den Membranen innerhalb des Chloroplasten statt und ist nur bei Licht möglich: Lichtenergie spaltet Wasser, dabei wird Sauerstoff freigesetzt und Energie gespeichert (in ATP- und NADPH-Molekülen). Die Dunkelreaktion findet im Stroma des Chloroplasten statt und benötigt nicht direkt Licht: Hier wird aus Kohlendioxid mithilfe der gespeicherten Energie Glukose aufgebaut. Wichtig: „Dunkel“ bedeutet nicht „nachts“ – diese Phase nutzt die Produkte der Lichtreaktion, daher kommt sie im Dunkeln ohne Licht ebenfalls bald zum Stillstand. Vergleichen wir beide Phasen in der Tabelle.
| Merkmal | Lichtreaktion | Dunkelreaktion |
|---|---|---|
| Ort | an den Thylakoidmembranen (Grana des Chloroplasten) | im Stroma des Chloroplasten |
| Lichtbedarf | ja, findet nur bei Licht statt | direkt nein, hängt aber von Produkten der Lichtreaktion ab |
| Was wird benötigt | Licht, Wasser (H2O) | Kohlendioxid (CO2), Energie (ATP und NADPH) |
| Was entsteht | Sauerstoff (O2), ATP, NADPH | Glukose (C6H12O6) |
Bedeutung der Fotosynthese für das Leben auf der Erde
Die Fotosynthese ist einer der wichtigsten Prozesse in der Natur. Dank ihr:
- wird in der Luft Sauerstoff aufrechterhalten, den Menschen, Tiere und Pflanzen selbst zum Atmen brauchen;
- wird Kohlendioxid aus der Luft entfernt;
- werden organische Stoffe gebildet – die Grundlage der Nahrung für alle Lebewesen. Pflanzen ernähren Pflanzenfresser, Pflanzenfresser ernähren Fleischfresser, daher beginnt die gesamte Nahrungskette mit der Fotosynthese;
- wird Lichtenergie in organischen Stoffen gespeichert. Kohle, Erdöl und Torf sind ebenfalls „konservierte“ Energie aus der Fotosynthese vergangener Zeiten.
Deshalb werden grüne Pflanzen oft als „Lunge der Erde“ bezeichnet: Sie versorgen die Biosphäre kontinuierlich mit Sauerstoff und Nahrung.
Analyse: Was entsteht woraus
Beispiel 1. Woher kommt die Glukose
Frage: Aus welchen Stoffen stellt die Pflanze Glukose her?
Analyse: Glukose (C₆H₁₂O₆) besteht aus Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff. Den Kohlenstoff nimmt die Pflanze aus dem Kohlendioxid (CO₂) der Luft, den Wasserstoff aus dem Wasser (H₂O). Die Energie für den „Zusammenbau“ liefert das Licht, und die Glukose wird in der Dunkelreaktion im Stroma des Chloroplasten aufgebaut.
Antwort: Glukose entsteht aus Kohlendioxid und Wasser mithilfe von Lichtenergie.
Beispiel 2. Woher kommt der Sauerstoff
Frage: Aus welchem Stoff entsteht der Sauerstoff, den die Pflanze freisetzt?
Analyse: Viele denken, dass Sauerstoff aus Kohlendioxid entsteht, aber das stimmt nicht. In der Lichtreaktion spaltet Lichtenergie die Wassermoleküle (H₂O) – dabei wird Sauerstoff (O₂) frei. Kohlendioxid wird nur für den Aufbau der Glukose verwendet.
Antwort: Sauerstoff wird bei der Spaltung von Wasser in der Lichtreaktion freigesetzt.
Beispiel 3. Überprüfung der Gleichung anhand der Atomanzahl
Gleichung: 6CO₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂.
Kohlenstoff (C) prüfen: links 6 (aus 6·CO₂), rechts 6 (in Glukose C₆…) – stimmt.
Sauerstoff (O) prüfen: links 6·2 + 6·1 = 18, rechts 6 (in Glukose) + 6·2 = 18 – stimmt.
Wasserstoff (H) prüfen: links 6·2 = 12, rechts 12 (in Glukose C₆H₁₂O₆) – stimmt.
Fazit: Die Gleichung ist ausgeglichen, alle Atome sind vorhanden.
Häufige Irrtümer über die Fotosynthese
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Man glaubt, Pflanzen würden nur Sauerstoff abgeben und gar nicht atmen.
Pflanzen atmen genauso wie Tiere: Sie nehmen ständig Sauerstoff auf und geben Kohlendioxid ab (Zellatmung). Nur tagsüber bei Licht ist die Fotosynthese aktiver als die Atmung, daher wird mehr Sauerstoff freigesetzt, als verbraucht wird.
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Man verwechselt Licht- und Dunkelreaktion: Man denkt, Glukose entstünde in der Lichtreaktion und Sauerstoff in der Dunkelreaktion.
Umgekehrt. In der Lichtreaktion wird Sauerstoff freigesetzt und Energie gespeichert (ATP, NADPH). Glukose wird in der Dunkelreaktion aus Kohlendioxid mithilfe dieser gespeicherten Energie aufgebaut.
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Man versteht „Dunkelreaktion“ als „Phase, die nachts im Dunkeln stattfindet“.
„Dunkel“ bedeutet nur „benötigt nicht direkt Licht“. Aber sie nutzt ATP und NADPH aus der Lichtreaktion, daher sind diese Vorräte ohne Licht bald aufgebraucht und die Dunkelreaktion kommt ebenfalls zum Stillstand. In Wirklichkeit laufen beide Phasen tagsüber ab, eine nach der anderen.
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Man glaubt, Sauerstoff entstünde aus Kohlendioxid.
Sauerstoff wird aus Wasser (H₂O) bei dessen Spaltung in der Lichtreaktion freigesetzt. Kohlendioxid (CO₂) wird für den Aufbau von Glukose verwendet, nicht für den Sauerstoff.
Fragen und Antworten
Was ist der Unterschied zwischen Fotosynthese und Zellatmung?
Das sind gegensätzliche Prozesse. Bei der Fotosynthese nimmt die Pflanze bei Licht Kohlendioxid und Wasser auf, stellt Glukose her und setzt Sauerstoff frei – sie speichert also Energie. Bei der Zellatmung hingegen werden Glukose und Sauerstoff verbraucht, während Kohlendioxid, Wasser und Energie freigesetzt werden. Alle lebenden Zellen atmen ständig, während die Fotosynthese nur in grünen Zellen und nur bei Licht stattfindet.
Wird für die Dunkelreaktion der Fotosynthese Licht benötigt?
Direkt benötigt die Dunkelreaktion kein Licht – die Reaktionen laufen im Stroma des Chloroplasten ohne Lichteinwirkung ab. Aber die Dunkelreaktion nutzt ATP und NADPH, die in der Lichtreaktion entstehen. Deshalb sind diese Vorräte ohne Licht schnell aufgebraucht und die Dunkelreaktion stoppt ebenfalls. Der Name „Dunkelreaktion“ bedeutet nicht „nachts“, sondern „benötigt nicht direkt Licht“.
Wo genau findet die Fotosynthese statt?
Die Fotosynthese findet in den Chloroplasten statt – den grünen Plastiden der Blattzellen. Die Lichtreaktion läuft an den Thylakoidmembranen (in den Grana) ab, die Dunkelreaktion im Stroma des Chloroplasten. Die grüne Farbe und die Fähigkeit, Licht einzufangen, verleiht den Chloroplasten der Farbstoff Chlorophyll.
Was entsteht bei der Fotosynthese?
Die Hauptprodukte der Fotosynthese sind Glukose (organischer Stoff, Nahrung der Pflanze) und Sauerstoff, der an die Luft abgegeben wird. Während des Prozesses entstehen auch Zwischenprodukte – ATP und NADPH, die Energie von der Licht- zur Dunkelreaktion transportieren.
Zu welcher Tageszeit findet Fotosynthese statt?
Die Fotosynthese findet tagsüber statt, solange Licht vorhanden ist. Nachts, im Dunkeln, hört sie auf, weil die Lichtreaktion ohne Licht nicht arbeiten kann und ohne ihre Produkte auch die Dunkelreaktion zum Stillstand kommt. Die Zellatmung der Pflanze läuft hingegen rund um die Uhr weiter.
