Das Photosyntheseproblem und seine Lösung
Authors: Schenck Rudolf 
Published: October 2023

A. Untersucht wird die Photosynthese in grünen Pflanzen mit den theoretischen Hilfsmitteln der physikalischen Chemie — ausgehend von der Annahme, daß Angriff des Lichtes bei Umsetzung von CO2 und H2O an dem Elektrolyten Wasser einsetzt. Kombination der Gleichungen

magnified image

Die Bildungsenergien aller beteiligten Stoffe sind bekannt; aus ihnen ergeben sich die Reaktionsarbeiten und Reaktionslichtquanten. Danach ist III, die Photolyse, im Rotgelb möglich. Synthese IV ist ein freiwillig verlaufender Vorgang, wird aber gestört durch leichte H2‐Bildung aus H‐Atomen an Stelle von Kohlehydrat. Daß für Photosynthese O2 erforderlich ist, beobachtete Warburg.

Mit aktivem H bildet O2 H2O2. Synthese mit diesem an Stelle von 4H: IV'. 2H2O2 + 2 CO2 + &#55349;&#56580;IV → 2 (CH2O) + 3O2 bedarf wie Photolyse III der Zufuhr von Lichtenergie. Die Wellenlänge ergibt sich zu 635 mμ im roten, die von III von 591 mμ, III und IV' sind im sichtbaren Licht, falls es von dem System absorbiert wird, möglich, und zwar innerhalb des Absorptionsbereiches des grünen Pflanzenfarbstoffes.

B. Untersucht wird Warburgs auf Grund von Gasdruckänderungen während des An‐ und Abklingens der Lichtwirkung auf Chlorella gezogener Schluß, daß zur Gewinnung von ein Mol O2 nur ein Lichtquant benötigt werde, und sein Zustandekommen. Die Ähnlichkeit der Kurve mit beim An‐ und Abklingen von Kristallphosphoren erhaltenen ließ vermuten, daß auch bei den biochemischen Lichtvorgängen Speicherungserscheinungen in das Geschehen eingreifen und den tatsächlichen Verbrauch von 4 Quanten an Stelle eines verdecken.

Es ergab sich die weitere Frage, ob nicht Warburgs Ergebnis beim kurzfristigen Wechsel zwischen Hell und Dunkel auf ein Zusammenwirken zweier Lichtreaktionen mit voneinander verschiedenen Partnern hindeutet, von denen der eine schnell in der erwarteten Weise, der andere durch Speicherung aktiven Wasserstoffs verzögert anspricht, wobei die erste sich vordrängt.

Nun stimmt das von Warburg angegebene Quantenverhältnis 1:4 überein mit dem durchschnittlichen Verhältnis der beiden Chlorophyllarten: b: (a + b) = 1: 4. Dieser Parallele wurde nachgegangen, ihre Konsequenzen sind folgende: Beide Chlorophylle bilden Monodehydroverbindungen mit reversibel reaktionsfähigem Wasserstoff. Deren verschieden große Affinitäten bedingen verschiedenes Verhalten bei der Assimilation.

Festere Bindung und Speicherungsfähigkeit, geringere Reaktionsgeschwindigkeit wird bei b‐Chlph., schneller Austausch mit O2 und H2O2‐Bildung vor allem bei a‐Chlph. zu finden sein. Dieses wird mit CO2 über das Superoxyd nach IV' synthetisieren, während b‐Chlph. (Rb) einen direkten Weg, ähnlich wie H2O2, zu den Syntheseprodukten unter Lichtabsorption einschlagen könnte.

Die Größe der Affinität RbH ⇋ Rb, + H bestimmt die Wellenlänge des Lichtes, welches auf ein Energieniveau in der Photosynthesezone oberhalb Niveau I hebt.

Zur Abschätzung der Affinität (bzw. Quantenterme) lockerer H‐Bindungen, etwa bei Chlph. a, eignet sich der Vergleich der theoretisch berechneten Reaktionsarbeit von III und der aus der Fluoreszenz‐Wellenlänge des Chlorophylls sich ergebende. Nach ihm würde die bei der Fixierung von einem H‐Atom frei werdende rund 6,5 kcal betragen.

Vorauszusehen sind Gleichgewichte im Wettbewerb von O2, Chlph. a und Chlph. b um den aktiven Wasserstoff und durch sie sich ergebende Pufferungs‐ und Regelungsmöglichkeiten in der Pflanze für den günstigen Ablauf der Lichtwirkung. Sie bedürfen der Messung.