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Chloroplasten ermöglichen die Photosynthese

 

Der Aufbau von Chloroplasten

In den Zellen des Palisadengewebes sowie dem Schwammgewebe finden sich die Chloroplasten. Die Chloroplasten haben eine linsenförmige Gestalt mit einem Durchmesser von 4 bis 6 m. Aufgrund des Chlorophylls erscheinen die Chloroplasten grün. Chloroplasten besitzen eine Doppelmembranschicht. Im Inneren der Chloroplasten befindet sich  das Plasma, das sogenannte Stroma. Das Stroma (das flüssige Plasma im Inneren der Chloroplasten) enthält Ribosomen und die ringförmige DNA.

Wie bereits erwähnt, wird das Stroma von einer doppelten Membranschicht umgeben, dass die Chloroplasten von der "Außenwelt" (dem Cytoplasma) abtrennt. Die innere Membran bildet Einstülpungen, die als Thylakoide bezeichnet werden (man kann sich dies so vorstellen, dass Thylakoide als innere Membran in das Stoma eingebettet sind. In diesen Thylakoid-Membranen befindet sich auch das Chlorophyll.


Untersuchungen von Arnon zum Aufbau und Funktion von Chloroplasten

Arnon hat Chloroplasten untersucht, mit dem Ziel, herauszufinden, welche Zellbestandteile der Chloroplasten für die Photosynthese verantwortlich sind. So gibt es zwei mögliche "Stoffe" (die Thylakoiden und das Stroma), die für den Ablauf der Photosynthese notwendig sein könnten. Dazu wurden für die Versuche Thylakoide und Stroma aus den Chloroplasten isoliert.

Als Kohlenstoffdioxid-Quelle (als Ausgangsstoff für die Photosynthese) wurde Natriumhydrogencarbonat verwendet (das in leicht saurem Milieu Kohlenstoffdioxid abgibt). In dem Hydrogencarbonat wurde das Isotop C-14 verwendet bzw. markiert, so dass eine Messung möglich wurde und der Ablauf der Photosynthese in den Chloroplasten verfolgt werden konnte.

Im ersten Versuch wurden Stroma und Thylakoide mit Kohlenstoffdioxid versetzt (aus dem Natriumhydrogencarbonat) und belichtet. In einem analogen Versuch wurde die gleiche Menge Kohlenstoffdioxid dem Stroma und Thylakoiden zugesetzt, allerdings nicht belichtet (der Versuch fand im Dunkeln statt). Dabei fand Arnon heraus, dass bei Belichtung eine hohe Photosyntheseleistung zu beobachten war (durch die Messung der radioaktiven Strahlung durch das C-14 Isotop in den Reaktionsprodukten), während in der Dunkelheit kaum eine Photosyntheseleistung zu beobachten war. Dies zeigt, dass bei (normalen C3-Pflanzen die Photosyntheseleistung) bei Anwesenheit von Licht deutlich höher ist.


In einem zweiten Versuch wurden Stroma und Thylakoide (ohne Zugabe von Kohlenstoffdioxid) belichtet. Anschließend wurden die Thylakoide dem Reaktionsgemisch (mit Hilfe einer Zentrifuge abgetrennt) und dem Stroma wieder Kohlenstoffdioxid zugesetzt. Dabei konnte (durch Messung der Photosyntheseprodukte) eine hohe Photosyntheseleistung beobachtet werden. Analog zum zweiten Versuch, führte der diesen Versuch auch bei Dunkelheit durch. So wurde das Gemisch aus Thylakoiden und Stroma getrennt (mittels Zentrifuge) und dem Stroma Kohlenstoffdioxid zugesetzt. Bei dieser Versuchsdurchführung wurde nur eine niedrige Photosyntheseleistung beobachtet.

Mit Hilfe dieser beiden Versuche konnte die Photosynthese als zweiteiliger biochemischer Prozess bestätigt werden. Es gibt eine lichtabhängige und eine lichtunabhängige Reaktion. Die lichtabhängige Reaktion findet in den Thylakoiden statt, während die lichtunabhängige Reaktion im Stroma abläuft.


Das Photosystem - Feinaufbau von Chloroplasten

Wie im Grobaufbau vorgestellt, verfügt eine Pflanze in den Chloroplasten eine sogenannte Thylakoid-Membran. In dieser Membran befindet sich das sogenannte Photosystem, dass aus Proteinen (Enzymen) und organischen Pigmenten (Chlorophylle und Carotinoide) besteht (siehe dazu Kapitel "Photosystem)