Die Hauptunterschied zwischen Photosynthese und Photorespiration ist, dass die Photosynthese findet statt, wenn das RuBisCO-Enzym mit Kohlendioxid reagiert, während die Photoatmung stattfindet, wenn das RuBisCO-Enzym mit Sauerstoff reagiert. Außerdem verringert die Photorespiration die Effizienz der Photosynthese.

Photosynthese und Photorespiration sind zwei Prozesse, die bei der Energiegewinnung durch Sonnenlicht in Pflanzen ablaufen. RuBisCO ist das zensurable Enzym zum Umschalten zwischen zwei Prozessen.

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Was ist Photosynthese?

Photosynthese ist der Prozess, bei dem Glukose aus Kohlendioxid und Wasser hergestellt wird, indem die Energie des Sonnenlichts genutzt wird. Photosynthetische Pigmente wie Chlorophyll, Carotinoide und Phycobiline fangen die Energie des Sonnenlichts ein. In Pflanzen und Algen sind diese Pigmente zu Chloroplasten konzentriert. Als Nebenprodukt der Photosynthese wird Sauerstoff freigesetzt. Die Photosynthese ist einer der Schlüsselprozesse auf der Erde, bei der Lichtenergie in chemische Energie umgewandelt wird. Die dabei produzierte Glukose kann zur Produktion von ATP in einem anderen Prozess namens Zellatmung verwendet werden.

Der Prozess der Photosynthese kann in zwei unterteilt werden: Lichtreaktion und Dunkelreaktion.

Lichtreaktion

Die Lichtreaktion findet auf der Thylakoidmembran von Grana statt, den Stapeln von Thylakoiden, die in das Stroma eines Chloroplasten eingebettet sind. Photosynthetische Pigmente sind in Photozentren auf der Thylakoidmembran organisiert. Photosystem II absorbiert Lichtenergie und transportiert sie in Photozentren, wodurch die Produktion von hochenergetischen Elektronen ermöglicht wird. Diese hochenergetischen Elektronen bewegen sich durch den Cytochrom-b6f-Komplex in das Photosystem I. Sie bewegen sich weiter durch eine Reihe von Ferredoxin-Trägern und produzieren NADPH. Der in den Photosystemen auftretende Elektronenmangel wird durch die Spaltung von Wassermolekülen in einem Prozess namens Photolyse gefüllt. Die resultierenden Wasserstoffionen werden bei der Herstellung von ATP verwendet.

Abbildung 1: Lichtreaktion

Dunkle Reaktion

Auf die Lichtreaktion folgt die Dunkelreaktion. Hier werden NADPH und ATP, die durch die Lichtreaktion produziert werden, verwendet, um aus Kohlendioxid und Wasser Glukose herzustellen. Die Dunkelreaktion, die durch den C3-Zyklus auftritt, wird auch als Calvin-Zyklus bezeichnet und tritt im Stroma des Chloroplasten ohne Verwendung von Licht auf. Die Fixierung von Kohlenstoff erfolgt im Calvin-Zyklus unter Verwendung des Enzyms RuBisCO (Ribulose-1, 5-Bisphosphat-Carboxylase/Oxygenase), das ein Kohlenstoffatom aus Kohlendioxid in RuBP (Ribulose 1,5-Bisphosphat) fixiert und 3. produziert -Phosphoglycerat. Einige der 3-Phosphoglyceratmoleküle reduzieren sich, um Glucose zu bilden, während der Rest recycelt wird, um RuBP zu produzieren. Während des Calvin-Zyklus werden neben Glukose auch 18 ATP und 12 NADPH produziert.

Die Dunkelreaktion, die während des C4-Zyklus stattfindet, wird als Hatch-Slack-Weg bezeichnet, bei dem Kohlendioxid zuerst in PEP und dann in RuBP fixiert wird.

Was ist Photorespiration?

Photorespiration ist die Hemmung des Calvin-Zyklus in Gegenwart von überschüssigem Sauerstoff. Es führt zum Verlust von bereits fixiertem Kohlendioxid; daher verringert die Photorespiration die Zuckersynthese und verschwendet die Energie der Zelle. Die Fähigkeit von RuBisCO, Sauerstoff zu binden, ist für die Photorespiration verantwortlich. Daher fügt RuBisCO in Gegenwart von Sauerstoff dem RuBP im Calvin-Zyklus Sauerstoff anstelle von Kohlendioxid hinzu. Bei dieser Reaktion entstehen zwei Moleküle: 3-PGA, das ein Zwischenprodukt des Calvin-Zyklus ist, und Phosphoglycolat, das nicht in den Calvin-Zyklus eintreten kann. Aus diesem Grund stiehlt oder entfernt die Photorespiration Kohlenstoff aus dem Calvin-Zyklus. Darüber hinaus nutzen Pflanzen eine Reihe von Reaktionen, um Phosphoglycolat zurückzugewinnen, das auch die Energie der Zelle stiehlt. Daher wird die Photorespiration als ineffizientes Verfahren zur Energiegewinnung angesehen.

Abbildung 2: Photorespiration und Calvin-Zyklus

Der C4-Zyklus beseitigt dieses Problem durch die doppelte Fixierung von Kohlendioxid. Es bindet Kohlendioxid in PEP (Phosphoenolpyruvat) durch PEP-Carboxylase und produziert Oxalacetat in Mesophyllzellen. PEP-Carboxylase hat eine höhere Affinität zu Kohlendioxid und eine niedrige Affinität zu Sauerstoff. Anschließend wird Oxalacetat in Malat umgewandelt und zu den Bündelhüllenzellen transportiert. Malat dissoziiert innerhalb der Bündelhüllenzellen in Kohlendioxid und Pyruvat, wodurch die Kohlendioxidkonzentration innerhalb der Zelle erhöht wird. Bei hoher Kohlendioxidkonzentration bindet RuBisCO nicht an Sauerstoff.

Ähnlichkeiten zwischen Photosynthese und Photorespiration

Unterschied zwischen Photosynthese und Photorespiration

Definition

Photosynthese bezieht sich auf den Prozess, bei dem grüne Pflanzen und einige andere Organismen Sonnenlicht nutzen, um Nährstoffe aus Kohlendioxid und Wasser zu synthetisieren, während sich die Photoatmung auf einen Atmungsprozess bezieht, bei dem Pflanzen im Gegensatz zum allgemeinen Sauerstoff Sauerstoff im Licht aufnehmen und etwas Kohlendioxid abgeben Muster der Photosynthese.

Kohlendioxid/Sauerstoff

Die Photosynthese findet überwiegend in Gegenwart von Kohlendioxid statt, während die Photoatmung überwiegend in Gegenwart von Sauerstoff erfolgt. Dies ist ein Hauptunterschied zwischen Photosynthese und Photorespiration.

Einfluss von Licht

Die Dunkelreaktion der Photosynthese tritt in Abwesenheit von Licht in der Nacht auf, während die Photoatmung tagsüber in Gegenwart von Licht auftritt.

Pflanzenarten

Photosynthese findet überwiegend in C4-Pflanzen statt, während Photorespiration überwiegend in C3-Pflanzen auftritt.

RuBisCO-Aktivität

RuBisCO produziert 3-PGA aus RuBP bei der Photosynthese, während RuBisCO 3-PGA und Phosphoglycolat aus RuBP bei der Photorespiration herstellt.

Kohlenstoff-Fixierung

Die Photosynthese ist der Hauptprozess der Kohlenstofffixierung in Pflanzen, während die Photoatmung einen Teil des bereits fixierten Kohlenstoffs verschwendet.

Energiefixierung

Die Photosynthese ist der Hauptprozess der Energiefixierung in Pflanzen, während die Photoatmung einen Teil der von der Zelle produzierten Energie verschwendet.

Effizienz

Ein weiterer wichtiger Unterschied zwischen Photosynthese und Photorespiration ist die Effizienz der Glukoseproduktion. Die Photosynthese ist ein effizienter Prozess zur Herstellung von Glukose, während die Photorespiration ein weniger effizienter Prozess zur Herstellung von Glukose ist.

Abschluss

Die Photosynthese ist der Prozess der Glukoseproduktion aus Kohlendioxid und Wasser unter Nutzung der Energie des Sonnenlichts. Während der Photosynthese bindet das Enzym RuBisCo an Kohlendioxid und fügt es RuBP hinzu. Die Photorespiration ist jedoch ein alternativer Prozess der Photosynthese, bei dem das RuBisCO-Enzym in den niedrigen Konzentrationen von Kohlendioxid an Sauerstoff bindet. Darüber hinaus ist die Photorespiration ein weniger effizienter Prozess, da sie sowohl bereits fixierten Kohlenstoff als auch Energie verschwendet. Somit ist ein wichtiger Unterschied zwischen Photosynthese und Photorespiration die Effizienz der Glucoseproduktion.

Referenz:

1. Farabee, M. J. „PHOTOSYNTHESE“. PHOTOSYNTHESE, hier erhältlich2. "Photoatmung." Khan Academy, Khan Academy, hier erhältlich

Bild mit freundlicher Genehmigung:

1. „Photosynthese-Lichtreaktionsdiagramm“ von BlueRidgeKitties (CC BY 2.0) über flickr2. „Vereinfachtes Photorespirationsdiagramm“ Von Rachel Purdon – Eigene Arbeit (CC BY-SA 3.0) über Commons Wikimedia