Lichtreaktion der Photosynthese
Kurs für Schülergruppen

Experimente

• Extraktion und Aufreinigung der Chloroplastenpigmente verschiedener Pflanzenarten
• Dünnschichtchromatographie der Chloroplastenpigmente
• Aufnahme eines Absorptionsspektrums des aufgereinigten Extrakts und eines intakten Blattes
• Isolation intakter Thylakoide aus frischem Pflanzenmaterial
• HILL-Reaktion
• Aufnehmen einer Lichtkurve der Blatt-Photosynthese (Demonstrationsexperiment mit Schlüler*innenassistenz)

Der Kurs beginnt mit einem Blick auf die globale Bedeutung der Photosynthese, die als Grundlage allen Lebens und aller Ökosystemleistungen für Biosphäre und Menschheit entscheidend ist. Wesentliche Aspekte dabei sind der Nutzpflanzenanbau als einzig erkennbarer Weg zur Bereitstellung von Nahrung für die Menschheit sowie Bezüge zum Klimawandel. Anschließend beschäftigen wir uns mit den Strukturen und Prozessen der Lichtreaktion der Photosynthese und vergleichen dabei die Photolyse des Wassers mit der technischen Elektrolyse zur Gewinnung von Wasserstoff als nachhaltigem Energieträger. Die Chloroplastenpigmente verschiedener Pflanzenarten werden mit Aceton extrahiert, in zwei Schritten gereinigt und durch Dünnschichtchromatographie getrennt. Mit PC-gesteuerten Photometern werden Absorptionsspektren von Blattextrakten und intakten Blättern aufgenommen. Um zu demonstrieren, dass in Thylakoiden Elektronen unter Einsatz von Lichtenergie gegen einen starken Redoxpotenzialgradienten von einem extrem schlechten Donor (Wasser) zu einem extrem schlechten Akzeptor (NADP⁺) transportiert werden, wird die Hill-Reaktion durchgeführt, d.h. die Reduktion eines künstlichen Elektronenakzeptors durch Thylakoide im Licht. Dazu werden aus Pflanzenmaterial intakte, funktionale Thylakoide isoliert. Zusätzlich wird die Aufnahme einer Lichtkurve der Photosynthese mit einem modernen forschungsüblichen Messgerät gezeigt. Dabei wird die Photosynthese als CO₂-Aufnahme und die Transpiration als H₂O-Abgabe nach dem Prinzip der Infrarot-Gas-Analyse gemessen.

Unterrichtsbezug

Absorption von Licht verschiedener Wellenlängen durch Blattpigmente; Dünnschichtchromatographie; Wirkungsspektrum; Experimente zur Funktion von Chlorophyll als lichtsensibles Redoxpigment