Die Wege des Wassers - Hansgrohe

48 – WISSEN
Die Photosynthese
Was mit den Cyanobakterien vor Milliarden Jahren begonnen hat, findet nun in allen
Pflanzen statt: der Umbau von Kohlendioxid und Wasser zu Kohlenhydraten und
Sauerstoff. Dabei werden unter dem Einfluss von Sonnenlicht also je zwei Wassermoleküle
»zerstört« und Energie auf die darin enthaltenen Sauerstoffatome übertragen. Es
entsteht sehr energiereicher molekularer Sauerstoff sowie Protonen und Elektronen.
Wenn man an Umwandlungen durch Sonnenlicht denkt, ist oft die Rede von der Produktion
von Wasserstoff – als Brennstoff, als Heizmittel, als Treibstoff. Bei der Spaltung
von Wassermolekülen in zwei Moleküle Wasserstoff und ein Molekül Sauerstoff besteht
die Schwierigkeit aber in der Produktion von Sauerstoff. Denn wegen des – wissenschaftlich
gesprochen – hohen Redoxpotenzials von Sauerstoff fließt ein großer Teil der
Energie dorthin.
Wenn man Sonnenenergie umwandeln will – das kann man von der Natur lernen –,
muss man Sauerstoff produzieren. Das dazugehörige Molekül verstehe auch ich nicht
in allen Details. Es ist das Photosystem II, ein unglaublich komplexes System, welches
die Natur über Jahrmillionen entwickelt hat, um mit Hilfe der Sonnenenergie Biomasse
aufzubauen. Seine Funktionsweise ist bis heute nicht vollständig verstanden, erst recht
ist es nicht möglich, es künstlich nachzubauen. Denn zu der »Maschine«, die in den
Pflanzen und Bäumen draußen tonnenweise Sauerstoff erzeugt und Kohlenhydrate
synthetisiert, gehören noch zahlreiche weitere komplizierte Komponenten.
Das Zentrum des Photosystems II wandelt Wasser in Sauerstoff um und stellt zugleich
Protonen und Elektronen für andere biochemische Reaktionen zur Verfügung. Das
eigentliche Reaktionszentrum ist so klein, dass es in der Übersichtsdarstellung nicht
zu erkennen ist. Es handelt sich um einen Cluster aus vier Manganatomen und einem
Calciumatom, die über Sauerstoff verbrückt sind. In diesem Reaktionszentrum wird
unter dem Einfluss von Sonnenlicht Wasser gespalten. Für den genauen Mechanismus
gibt es mindestens drei wissenschaftliche Hypothesen. Gewissheit besteht unter den
Forschern noch nicht.
Es gibt Versuche, die Photosynthese mit künstlichen Photosystemen nachzuahmen.
Vielleicht wird es schon in einigen Jahren möglich sein, einfache Kocher auf Basis
dieser Technologie zu kaufen. Die könnte man im Rucksack auf eine Bergwanderung
mitnehmen und mit Hilfe des Sonnenlichts Kaffee kochen. Und in der Tat konnte man
solche Moleküle synthetisieren, recht komplexe Anordnungen mit Oktaedern aus je