Lichtatmung und photosynthetische Primärreaktionen

Zusammenfassung Unter geeigneten Versuchsbedingungen läßt sich bei höheren Pflanzen eine lichtabhängige CO 2 ‐Abgabe (und O 2 ‐Aufnahme!) zeigen. Dieser als Lichtatmung bezeichnete Prozeß hat nichts mit der Mitochondrienatmung zu tun (die im Licht sogar inhibiert sein dürfte), sondern ist aufs Engste mit den photosynthetischen Primärreaktionen verknüpft. Zur Klärung dieses Zusammenhanges mit dem lichtgetriebenen Elektronenfluß wurde eine vergleichend biologische Darstellung des vieldiskutierten Zweiquantenschemas der Photosynthese erarbeitet. Demnach hat sich in der biologischen Evolution eine zwangsläufige Koppelung der photochemischen Wasserspaltung (zum Gewinn der Reduktionskraft) mit der nichtzyklischen Photophosphorylierung (zum Gewinn von Energie als ATP) herausgebildet. Im Stoffwechsel wird aber mehr ATP gebraucht als Reduktionskraft, besonders im CO 2 ‐Mangel. Die Lichtatmung wird als Prozeß der Reoxydation überschüssiger Reduktionskraft am Luftsauerstoff aufgefaßt. Dadurch würde ein Weiterlaufen der nichtzyklischen Phosphorylierung auch dann ermöglicht, wenn die gleichzeitig anfallende Reduktionskraft keinen Abnehmer im Stoffwechsel findet. Gewisse photosynthetische Bakterien vermögen unter solchen Bedingungen die Reduktionselektronen in der Form molekularen Wasserstoffs “abzublasen”, eine Möglichkeit, die höheren Pflanzen nicht mehr offensteht (schon wegen des Fehlens einer Hydrogenase). Abstract Certain experimental conditions allow the demonstration of a light‐dependent CO 2 ‐production (and O 2 ‐consumption) in higher plants. This “photo‐respiration” must not be mixed up with the mitochondrial respiration (which seems to be even inhibited in the light) but is very closely related to the primary reactions of photosynthesis. For a better understanding of the connection with the light‐driven electron transport a comparative biological view of the two‐quantum‐scheme of photosynthesis is presented now. According to this view, the biochemical evolution has developed an indispensable coupling of two processes,1 . of the photochemical cleavage of water (to get reduction power) with the 2 . noncyclic photophosphorylation (to gain energy as ATP).Yet there is a much greater need for ATP in metabolism than for reduction‐power, especially if CO 2 is not available in sufficient amounts (as is the case in natural atmosphere). Photo‐respiration can be understood as a process of reoxydation of abundant reduction power, using air‐oxygen, so allowing photophosphorylation to go on even under conditions, when the simultaneously formed reduction power cannot be utilized in metabolism. Certain photosynthetic bacteria are able to get rid of the reducing electrons by evolving hydrogen gas — a process which is missing in higher plants (since they lack hydrogenase).