Energiestoffwechsel historisch betrachtet: Entstehung von Zellatmung und Fotosynthese

CyanobakterienEnergiestoffwechsel habenZellatmung MembranenFotosynthese, an denen sowohl die Prozesse der Zellatmung als auch der Fotoreaktion stattfinden. Die Prozesse nutzen zum Teil sogar dieselben Proteinkomplexe. Die Übereinstimmungen in den Molekülkomplexen und deren gemeinsamen Funktionen für Zellatmung einerseits und Fotosynthese andererseits zeigen die Homologie von Elektronentransportketten bei der Zellatmung und der Fotosynthese. Für den Unterricht in der Sekundarstufe II lässt sich dieses historische Rekonstrukt fruchtbar nutzen, wenn die Fotosynthese nach der Zellatmung behandelt wird und die molekularen Abläufe an diese angeknüpft werden. Die molekularen Abläufe der Fotosynthese selbst lassen sich aus historischen Vorläuferstrukturen ableiten. Ein rezentes Modell dafür liefert die anoxygene Fotosynthese, die mit nur einem Fotosystem abläuft. Das gegenüber der oxygenen Fotosynthese einfachere Fotosyntheseschema der anoxygenen Fotosynthese kann die Grundlage für die Erarbeitung der molekularen Abläufe bei der Fotoreaktion sein. Diese wird anschließend um die Prozesse bei der oxygenen Fotosynthese erweitert, d. h. um das zweite Fotosystem und die Wasserspaltung mit Sauerstofffreisetzung. Diese historische Perspektive lässt sich mit Überlegungen zu den Veränderungen in der Erdatmosphäre verknüpfen. Dabei wird deutlich, dass die Sauerstoffvorräte in der Atmosphäre von photosythetisch aktiven Organismen (Cyanobakterien, Algen, Landpflanzen) in der Erdgeschichte produziert worden sind.