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Biologie - die Dunkelreaktion

Um den Unterrichtsstoff der Fotosynthese kommt kein Biologieschüler herum. Einen komplizierteren und zugleich besser durchdachten Prozess als den Calvin-Zyklus mag es auf der Welt dabei kaum geben. Wie aber funktionieren Licht- und Dunkelreaktion im Detail und wie hängen die beiden Prozesse zusammen?

Über die Dunkelreaktion gewinnt die Pflanze wachstumsnotwendige Glukose.
Über die Dunkelreaktion gewinnt die Pflanze wachstumsnotwendige Glukose.

Der Calvin-Zyklus in der Biologie der Pflanzen

  • Zusammen mit der Lichtreaktion bildet die Dunkelreaktion in der Grünpflanzenbiologie das Schema der Fotosynthese aus, welche in erster Linie zur Nährstoffproduktion dient, wobei als Abfallstoff Sauerstoff anfällt.
  • Um Nährstoffe gewinnen zu können, müssen die Pflanzen zunächst Kohlendioxid reduzieren. Unter jenem Schritt der Kohlendioxidreduktion können Sie sich nun die Dunkelreaktion vorstellen. Für diesen Vorgang wird auf ATP und NADPH zurückgegriffen, sodass Kohlenstoffdioxid schließlich zu Sauerstoff und Kohlenstoff assimiliert werden kann.
  • Licht- und Dunkelreaktion bilden dabei zusammen einen Zyklus, denn die Stoffe ATP und NADHP werden neben dem Sauerstoff bei der Lichtreaktion gewonnen. Die Dunkelreaktion greift im Prinzip eines Calvin-Zyklus also auf die während der Lichtreaktion gewonnenen Stoffe zu, um Glukose herzustellen und dabei Kohlendioxid zu reduzieren, damit die Lichtreaktion wieder neues ATP und NADHP produzieren kann und die Dunkelreaktion so abermals möglich wird.

Wie die Dunkelreaktion funktioniert

  • Grundlegend sollten Sie sich zur Dunkelreaktion in der Pflanzenbiologie merken, dass Kohlendioxid dabei eine Reduzierung um mehrere Oxidationsstufen erfährt. Von seinen ursprünglichen zwei O-Atomen spaltet sich eines ab, wobei 2 H-Atome hinzugefügt werden. Die dadurch entstehende Glucose ist schließlich aus 6 Einheiten H-C-OH aufgebaut. Die einzelnen Einheiten sind dabei je durch eine C-C-Verbindung verbunden.
  • Sind Sie an den Reaktionsdetails interessiert, so merken Sie sich als ersten Schritt die Bindung des Kohlendioxids an C5-Körper. Der dabei entstehende C6-Körper teilt sich im zweiten Schritt in 2 C3-Körper, da seine chemische Struktur nicht besonders stabil ist. Ist der zweite Schritt abgeschlossen und hat der C6-Körper sich dementsprechend 6 Mal in 2 C3 Körper geteilt, so sind zwölf C3-Körper entstanden.
  • Hier kommen ATP und NADH ins Spiel. Durch die Zufügung jener Oxidationsstoffe, werden die zwölf C3-Körper im dritten Schritt der Dunkelreaktion nämlich reduziert, wobei 2 von ihnen zur Herstellung der Glukose aufgebraucht werden.
  • Im vierten Schritt setzt nun die Regenerationsphase ein. So werden die verbliebenen C3-Körper mithilfe des ATPs wieder zu C5-Körpern regeneriert, damit der Calvin-Zyklus mit der Lichtreaktion wieder an sich anschließen kann.
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