Lernziele
Wenn Sie diese Seite durchgearbeitet haben, sollten Sie wissen
- wie die Grundgleichung der Photosynthese aussieht,
- dass die Photosynthese im Grunde die Reduktion von Kohlendioxid zu Glucose ist,
- dass der Kohlenstoff bei dieser Reduktion Wasserstoff aufnimmt.
Grundgleichung der Photosynthese
Die Grundgleichung der Photosynthese war schon seit dem 19. Jahrhundert bekannt:
$6 \ CO_{2} + 6 \ H_{2}O \to C_{6}H_{12}O_{6} + 6 \ O_{2} $
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Sechs Moleküle Wasser reagieren mit sechs Molekülen Kohlendixoid zu einem Molekül Glucose (Traubenzucker) und sechs Molekülen Sauerstoff.
Stand Anfang des 20. Jahrhunderts
Noch zu Beginn des 20. Jahrhunderts nahmen man an, dass der freigesetzte Sauerstoff aus dem Kohlendioxid kommt. Danach sollte der erste Schritt der Photosynthese die Spaltung des Kohlendioxids sein:
$CO_{2} \to C + O_{2}$
Der zweite Schritt sollte dann die Anlagerung von Wasser an den Kohlenstoff sein:
$C + H_{2}O \to C(H_{2}O)$
Wenn das Ganze sechsmal passiert, hat man ein Molekül Glucose:
$6 \ C + 6 \ H_{2}O \to 6 \ C(H_{2}O) = C_{6}H_{12}O_{6}$
1930: Wasser als Sauerstoff-Quelle1930/31 wurde diese Idee von dem niederländisch-amerikanischen Mikrobiologen Cornelius Bernardus van Niel infrage gestellt. Er hatte nämlich mit Schwefelbakterien experimentiert, die ihre Energie aus Schwefelwasserstoff beziehen, der in Wasser gelöst war. Diese Schwefelbakterien konnten Kohlenhydrate aus Kohlendioxid und Schwefelwasserstoff herstellen:
$6 \ CO_{2} + 6 \ H_{2}S \to C_{6}H_{12}O_{6} + 12 \ S $
Damit war eindeutig bewiesen, dass der Sauerstoff, den die grünen Pflanzen bei der Photosynthese freisetzen, nicht aus dem Kohlendioxid stammt, sondern aus dem Wasser. Schwefelbakterien setzen nämlich keinen Sauerstoff frei, sondern bilden elementaren gelben Schwefel, den man schon mit bloßem Auge sehen kann.
Van Niel verallgemeinerte dann seine Erkenntnisse über die Photosynthese und stelle folgende Gleichung auf [1]:
$CO_{2} + 2 \ H_{2}A + \to CH_{2}O + H_{2}O $
Dabei steht A für O, S oder andere elektronegative Elemente, die mit Wasserstoff verbunden sind.
1950: Ein richtiger Beweis
Ein richtiger Beweis für die Herkunft des Sauerstoffs war das allerdings noch nicht, sondern nur eine starke Hypothese, für die es eigentlich keine Alternative gab. Anfang der 50er Jahre des letzten Jahrhunderts hatte man aber sogenannte Tracer-Methoden entwickelt, mit denen man chemische Vorgänge genau untersuchen konnte. Mit Hilfe radioaktiver Markierung konnte man nun beweisen, dass der ausgeschiedene Sauerstoff seinen Ursprung im Wasser hat.
Wenn man die 16O-Sauerstoff-Atome im Kohlendioxid durch die radioaktiven 18O-Atome ersetzt und dieses so veränderte CO2 dann den Pflanzen für die Photosynthese zur Verfügung stellt, dann wird Sauerstoff produziert, der nicht radioaktiv strahlt. Die produzierte Glucose ist jedoch radioaktiv.
Gibt man den Pflanzen jedoch Wasser, dessen 16O-Atome durch 18O-Atome ersetzt worden sind, erhält man radioaktiven Sauerstoff, während die hergestellte Glucose nicht strahlt. Also muss der freigesetzte Sauerstoff aus dem Wasser kommen, und der in der Glucose enthaltene Sauerstoff kommt aus dem Kohlendioxid.
Quellen:
- "Cornelius B. van Niel" auf highred.mheducation.com
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