Chlorophyll - der grüne Farbstoff der Pflanzen
Die Chlorophylle von Grünpflanzen absorbieren Licht und führen diese Energie zellulären Mechanismen zu, die damit elektrische Ladungen transportieren und in neue chemische Verbindungen umsetzen (Ladungspumpen). So wird chemische Energie produziert.
Die Chlorophylle sind sehr komplexe Makromoleküle. Sie sind aufgrund ihrer Lichtabsorptionseigenschaften für die grüne Farbe der Pflanzen verantwortlich.
Der universelle Energiespeicher ATP
Die von den Chlorophyllen absorbierte Lichtenergie wird verwendet, um das energiereiche Molekül ATP (Adenosintriphosphat) aus dem weniger energiereichen ADP (Adenosindiphosphat) und ungebundenen, d.h. anorganischem Phosphat PO42- (inorganic phosphate, kurz Pi) zu erzeugen. Das Phosphat wird dabei an die bereits bestehende, elektrisch negativ geladene Diphosphatgruppe des ADP angehängt.
ADP + Pi + Lichtenergie ⇔ ATP
Das Schema unten zeigt ATP mit der Adenosingruppe (A) und den drei elektrisch negativ geladenen gebundenen Phosphatgruppen (P).
Das Emissionsspektrum der Sonne
Das Maximum des Sonnenlichtspektrums an der Erdoberfläche liegt im grünen Bereich (ca. 570 nm, siehe folgende Abbildung). In der Abbildung ist das extraterrestrische Spektrum der Sonne, also außerhalb der Erdatmosphäre gemessen, das terrestrische Spektrum, also am Erdboden gemessen, und als Vergleich das Spektrum eines idealen Schwarzen Strahlers mit der Temperatur 5900 K, also der Oberflächentemperatur der Sonne, angegeben.
Zentrale Experimente Physik GOSt
Exkurs: Physik der Photosynthese I
Nennen Sie begründet die Spektralbereiche, in denen die Chlorophylle hauptsächlich absorbieren.
Erläutern Sie, warum ATP als chemischer Energiespeicher dienen kann. Analysieren Sie dafür die Abbildung des Moleküls. Nennen Sie dafür die grundlegende Energieform, die das Molekül im Vergleich zu ADP speichert.
Vergleichen Sie das Spektrum des Sonnenlichts an der Erdoberfläche mit den (kombinierten) Absorptionsspektren der Chlorophylle (und der Photosyntheserate) und erläutern Sie ein offensichtliches Problem der Photosynthese der Grünpflanzen.
Stellen Sie eine begründete Vermutung auf, warum das Sonnenspektrum, welches am Erdboden gemessen wird, sich deutlich vom Ursprungsspektrum unterscheidet. Gehen Sie dabei besonders auf die Verschiebung des Maximums in den langwelligeren Bereich ein.
Das Absorptionsspektrum des Chlorophyllsystems
Die Absorptionsspektren der Chlorophylle und die Photosyntheserate in Abhängigkeit von der Wellenlänge weisen eine charakteristische Struktur auf (siehe folgende Abbildung).
