Ein Satz biochemischer Prozesse, durch die Organismen Lichtenergie mit Pigmenten einfangen, Elektronentransport und Protonenmotorische Kraft antreiben, um ATP und Reduktionsäquivalente zu erzeugen, und anorganischen Kohlenstoff in organische Moleküle fixieren; bei oxygener Photosynthese wird O2 als Nebenprodukt freigesetzt, wenn Wasser Elektronendonator ist.

Prinzip

Lichtabsorption durch Pigmente (Chlorophylle, Bakteriochlorophylle, Carotinoide) treibt photoinduzierte Elektronentransfers durch Reaktionszentren und Elektronentransportketten; der entstehende Protonengradient treibt die ATP‑Synthase und die gekoppelte Produktion von Reduktant (NADPH oder Äquivalenten), wodurch die CO2‑Fixierung über Wege wie den Calvin‑Benson‑Zyklus oder alternative Fixierungswege ermöglicht wird.

Demonstration

Bei Landpflanzen und Cyanobakterien sind zwei gekoppelte Photosysteme (PSII und PSI) involviert: PSII spaltet Wasser, Elektronen werden über Elektronenträger transportiert, ein Protonengradient aufgebaut und NADP+ zu NADPH reduziert; der Calvin‑Benson‑Zyklus im Stroma nutzt ATP und NADPH, um CO2 in Triosephosphate für die Biosynthese zu assimilieren.

Fehlanwendung

Alle Formen der Phototrophie mit der kanonischen oxygenen Photosynthese gleichzusetzen oder anzunehmen, dass Photosynthese stets Sauerstoff produziert; viele phototrophe Mikroben betreiben anoxygene Photosynthese oder nutzen Licht nur zur Unterstützung des heterotrophen Stoffwechsels ohne netto Kohlenstofffixierung.

Konsequenz

Photosynthese bildet die Grundlage der meisten Ökosysteme, indem Licht in chemische Energie und fixierten Kohlenstoff umgewandelt wird, steuert globale biogeochemische Zyklen (insbesondere die Sauerstoffanreicherung der Atmosphäre in der Erdgeschichte) und liefert organische Substanz und Energie für Nahrungsnetze und biotechnologische Anwendungen.

Umkehrung

Wenn die lichtgetriebene Primärproduktion durch Chemosynthese (chemisch‑energetische Kohlenstofffixierung) ersetzt wird, ändern sich die ökologischen Energiegrundlagen; dies geschieht in aphotischen Habitaten; die Hemmung der Photosynthese (Schattenwurf, Schadstoffexposition) reduziert die Primärproduktion und verändert die Ökosystemstruktur.

Abgrenzung

Bezieht sich auf biochemische Kohlenstofffixierung und Energiekonservierung gekoppelt an Lichtaufnahme; schließt nicht assimilative Lichtreaktionen aus, die nur ATP erzeugen ohne Kohlenstofffixierung, und unterscheidet oxygene von anoxygenen Mechanismen sowie lichtgetriebene Verhaltensreaktionen (Phototaxis).

Semantische Spannung

„Photosynthese“ wird manchmal weit gefasst für jede lichtabhängige Energiegewinnung (Phototrophie) gebraucht, während im strengeren biochemischen Sinne Kohlenstofffixierung impliziert ist — die Verwendung muss in ökologischen und mikrobiologischen Kontexten geklärt werden.

Synthese

Photosynthese ist die lichtgetriebene Kopplung pigmentvermittelter Elektronentransfers an Energiekonservierung (ATP und Reduktant) und Kohlenstoffassimilation; mechanistische Varianten (oxygene vs anoxygene) bilden zusammen die Grundlage der Primärproduktion und der Energieflüsse in Ökosystemen.