Photosynthese und Zellatmung im Vergleich: 5 Unterschiede und 1 Gemeinsamkeit

Schlagwörter: Atmung, Photosynthese, Zelle

Die Photosynthese ist ein allgemein bekannter Stoffwechselprozess von Pflanzen, Algen und anderen phototrophen Organismen, um lebenswichtige Kohlenhydrate zu assimilieren. Dies geschieht über eine Reihe gekoppelter Reaktionen, die lichtabhängig sind. Die für die Photosynthese wichtigen Reaktionen finden in den Chloroplasten statt, genauer gesagt am Chlorophyll und anderen Pigmentmolekülen, die in einen angeregten Zustand versetzt werden können.

Während dieser Reaktionen wird Sauerstoff an die Umwelt abgegeben. Doch die Photosynthese dient lediglich dem Aufbau von Kohlenhydraten, jedoch nicht dem Abbau dieser. Hierfür werden weitere Stoffwechselwege benötigt. Solch ein Stoffwechselprozess ist unter anderem die Zellatmung. Der Abbau lebensnotwendiger Stoffe wird auch als Dissimilation bezeichnet. Die Assimilation geht somit stets mit der Dissimilation einher.

5 Unterschiede zwischen Photosynthese und Zellatmung

Der grundlegende Unterschied zwischen Photosynthese und Zellatmung liegt im Auf- bzw. Abbau organischer Moleküle. Während bei der Photosynthese Einfachzucker und Sauerstoff als Endprodukte entstehen, werden diese Moleküle für die Zellatmung benötigt. Somit werden energiereiche Moleküle während der Photosynthese aufgebaut, die in mehrschrittigen Reaktionen während der Zellatmung abgebaut werden.

Da bei dem Abbau organischer Substanz Energie frei wird, kann diese genutzt werden, um andere organische Substanzen aufzubauen. Die Energie wird jedoch nicht schlagartig frei, da dies nicht nützlich wäre und der Zelle schaden würde. Stattdessen wird die Energie schrittweise freigesetzt und in dem universellen Energieträger ATP (Adenosintriphosphat) gespeichert.

Ein weiterer Unterschied zwischen der Photosynthese und der Zellatmung liegt darin, dass die Photosynthese lediglich bei phototrophen Organismen existiert. Hierzu zählen bspw. Cyanobakterien, einige eukaryotische Einzeller, Algen, Moose, Farne und Pflanzen.

Die Zellatmung existiert jedoch bei nahezu allen Organismen, die organisches Material abbauen, um daraus Energie zu gewinnen, die sie wiederum für ihren eigenen anabolen (aufbauenden) Stoffwechsel benötigen. Hierzu zählen viele Bakterien und Pilze, Tiere und auch Pflanzen. Die Existenz der Zellatmung bei nahezu allen Organismen liegt vermutlich darin begründet, dass Pflanzen in nahezu allen Lebensräumen als Primärproduzenten gelten. Das bedeutet, dass Pflanzen zunächst die organische Substanz aufbauen, die dann wiederum von anderen Organismen abgebaut werden. Ein Weidetier ernährt sich hauptsächlich von pflanzlichem Material. Ein abgestorbener Baum wird von Pilzen und Bakterien und anderen Kleinstlebewesen zersetzt.

Weiterhin lässt sich die Abhängigkeit des Lichts als Unterschied zwischen Photosynthese und Zellatmung aufführen. Die Primärreaktion wird auch als lichtabhängige Reaktion bezeichnet, während die Sekundärreaktion, auch als Calvin-Zyklus bezeichnet, oftmals als lichtunabhängige Reaktion bezeichnet wird.

Der Begriff der Lichtunabhängigkeit ist eventuell etwas irreführend, da die für den Calvin-Zyklus benötigten Moleküle aus einer lichtabhängigen Reaktion stammen, weshalb der Calvin-Zyklus indirekt lichtabhängig ist. Außerdem werden einige Enzyme, die für den Calvin-Zyklus notwendig sind, durch Licht gesteuert, was wiederum für eine Lichtabhängigkeit spricht. Dem gegenüber steht die Zellatmung, die komplett lichtunabhängig abläuft.

Der vermutlich offensichtlichste Unterschied zwischen der Zellatmung und der Photosynthese ist die benötigte Energie. Während der Photosynthese wird die Energie, die für den Aufbau des Einfachzuckers benötigt wird, von der Sonne oder anderen Lichtquellen bereitgestellt. Die Energie der Photonen (Lichtquanten) regt die Pigmentmoleküle in den Chloroplasten an, woraufhin eine Anregung von Elektronen erfolgt. Solch ein Elektronensprung geht immer mit einer Energiezunahme einher.

Diese erhöhte Energie des Pigmentelektrons wird nun stufenweise über mehrere Redoxreaktionen abgebaut und führt somit zur Assimilation des Einfachzuckers aus CO₂ und H₂O. Während der Zellatmung wird jedoch Energie frei. Pro Durchlauf eines Zellatmungs-Zyklus werden durchschnittlich 32 Moleküle ATP synthetisiert.

Ein weiterer Unterschied besteht in der Lokalisation beider Reaktionen. Während die Photosynthese bei Eukaryoten in den Chloroplasten stattfindet, läuft die Zellatmung in den Mitochondrien ab.

Teilfazit der Unterschiede

• Während der Photosynthese wird organisches Material in Form von Einfachzuckern aufgebaut, das während der Zellatmung abgebaut wird.
• Die Photosynthese existiert nur bei phototrophen Organismen, während die Zellatmung bei nahezu allen Lebewesen zu finden ist.
• Die Photosynthese ist lichtabhängig, während die Zellatmung lichtunabhängig abläuft.
• Während der Photosynthese wird Energie in Form von Licht bereitgestellt, wohingegen die Energie bei der Zellatmung frei wird.
• Die Photosynthese findet in den Chloroplasten statt, die Zellatmung in den Mitochondrien

Gemeinsamkeiten zwischen Photosynthese und Zellamtmung

Da es sich bei der Photosynthese und der Zellatmung um zwei verschiedene Stoffwechselprozesse handelt, lassen sich nicht viele Gemeinsamkeiten finden.

Eine Gemeinsamkeit von Photosynthese und Zellatmung ist jedoch der Ort innerhalb der Zelle, an denen die Reaktionen stattfinden. Zwar findet die Photosynthese in den Chloroplasten statt und die Zellatmung in den Mitochondrien, dennoch finden beide Reaktionen in Zellorganellen statt. Das besondere an diesen Organellen ist, dass sie laut der Endosymbiontentheorie ursprünglich eigenständige Prokaryoten waren.

Diese Prokaryoten wurden im Laufe der Evolution in andere Zellen integriert und haben sogar Teile ihres Erbguts in den jeweiligen Zellkern der eukaryotischen Zelle übertragen, woraufhin sie ihre Autonomie verloren haben. Somit liegt die Behauptung nahe, dass der eukaryotische Energiestoffwechsel, sei er nun anabol oder katabol, prokaryotischen Ursprungs sei.

Zusammenhänge zwischen Photosynthese und Zellatmung

Beim Blick auf die Edukte (in die Reaktion eingehenden Moleküle) und Produkte (aus der Reaktion entstehenden Moleküle) der Reaktionen von Photosynthese und Zellatmung fällt auf, dass die Photosynthese als Edukte CO₂ und H₂O verwendet, wobei als Produkte O₂ (molekularer Sauerstoff) und C₆H₁₂O₆ (Einfachzucker, wie z.B. Glucose) entstehen.

Für die Zellatmung werden die Edukte O₂ und C₆H₁₂O₆ gebraucht, wobei H₂O und CO₂ als Produkte entstehen. Die Zellatmung ist ein Stoffwechselprozess, der aus insgesamt drei Teilreaktionen besteht. Diese Teilreaktionen werden auch Glykolyse, Citratzyklus und Atmungskette genannt.

Während der Glykolyse wird der Einfachzucker zunächst abgebaut und es erfolgt die Bildung von Pyruvat (Brenztraubensäure). Im weiteren Verlauf der Glykolyse finden eine Oxidation und eine Decarboxylierung statt, woraufhin ein Aldehydrest entsteht, der für den Citratzyklus wichtig ist.

Im Citratzyklus wird dieser Aldehydrest mit Zitronensäure verknüpft, woraufhin eine weitere Decarboxylierung und Dehydrierung folgen. Nach diesen Schritten ist aus dem Pyruvat das CO₂ entstanden, das eingangs erwähnt wurde. Der ebenfalls eingangs erwähnte Sauerstoff wird während der Atmungskette als Akzeptor für Elektronen dient und zu Wasser (H₂O) reduziert wird.

Zusammenfassend lässt sich der Zusammenhang zwischen Photosynthese und Zellatmung als Bild und Spiegelbild darstellen. Die Produkte der Photosynthese dienen der Zellatmung als Edukte und andersherum.

Fazit

Bei der Photosynthese und der Zellatmung handelt es sich um zwei verschiedene Stoffwechselprozesse. Während die Photosynthese den anabole Reaktionen enthält, werden während der Zellatmung katabole Reaktionen durchgeführt. Während die Photosynthese lediglich von phototrophen Organismen durchgeführt wird, findet die Zellatmung bei nahezu allen Lebewesen statt.

Ein signifikanter Unterschied zwischen der Photosynthese und der Zellatmung ist der Ort innerhalb der Zelle, an dem diese Reaktionen stattfinden. Die Photosynthese läuft in den Chloroplasten ab, die Zellatmung in den Mitochondrien. Beide Zellorganellen sind laut der Endosymbiontentheorie prokaryotischen Ursprungs.

Abschließend lassen sich die Photosynthese und die Zellatmung wie Bild und Spiegelbild betrachten, da die Produkte der Photosynthese während der Zellatmung verbraucht werden. Gleichzeitig dienen die generierten Produkte der Zellatmung wieder als Ausgangsstoff für die Photosynthese.