Hallo,
In der Lichtreaktion der Photosynthese wird ADP zusammen mit dem freigesetzten Phosphat in den Chloroplasten wieder zu ATP synthetisiert ("Photophosphorylierung").
Diese insgesamt korrekte Aussage kann zwar in einem Zusammenhang mit meinem Post (#49) verstanden werden, meine Intension ist jedoch in eine ganz andere Richtung gelaufen:
Ich zitierte in #47 Kevin (Kejoro): „Es gibt genug Sandbecken, bei denen PO4 ebenso verschwindet wie bei Soil.“ Ohne aber zu erläutern, dass dieses Phänomen „Phosphat-Falle“ heißt, weil der Mikronährstoff Eisen durch Verbinden mit dem Makronähstoff PO4 verschwindet (das Eisen verschwindet, die Phosphatkonzentration wird nur reduziert).
Ich meinte aber, dass das Phosphat im ATP/ADP gebunden (und teilweise wieder freigegeben) wird und mit unseren Tests nicht nachweisbar ist, also nur dem Anschein nach verschwunden ist!
ATP dient (neben dem Licht) als Energiequelle für Stofftransport in die Zelle und für den Aufbau sekundärer Nährstoffe (z.B. Glucose). Ein weiterer Teil des PO4 landet dann letztlich in der Pflanzensubstanz.
Mit der von Robert erwähnten Photophosphorylierung wird sicherlich der
größte Teil des ADP wieder zu ATP reduziert!
Der von mir beschriebe Prozess (Nitrifikation) ist hinsichtlich des „ADP-Recyclings“ nur von untergeordneter Bedeutung. Die Nitrifikation kann aber von uns (im Gegensatz zur Photophosphorylierung) beeinflusst werden. Letztlich können wir die ATP-Gewinnung mit Hilfe der Nitrifikation (wenn auch nicht wesentlich) erhöhen. Damit will ich werben, sich auch mit theoretischen Zusammenhängen zu befassen. Das schafft Überblick! Ich habe in meiner beruflichen Praxis die Erfahrung gemacht, dass viele Menschen nicht in der Lage sind, (allgemein gehaltene) wissenschaftliche Erkenntnisse in den praktischen Alltag umzusetzen und so pragmatisch erworbene Erfolge abzusichern bzw. auszubauen.
Der Schluss aus den nachfolgend detaillierter aufgeführten Zusammenhänge mündet in der Behauptung, dass der Redoxprozess „ATP → ADP → ATP“ der Treiber für das Phänomen
„PO4 ist nicht nachweisbar aber dennoch vorhanden“
ist. Das ist und war die Intension meines Posts.
Im ersten Schritt muss man sich fragen, was denn wäre denn, wenn es den Redoxprozess „ATP → ADP → ATP“
nicht gäbe:
Hier betrachte ich nur den Prozess des Nährstofftransports vom AQ-Wasser in die Zelle hinein. Den Energiebedarf zum Aufbau sekundärer Nährstoffe unterschlage ich, obwohl er meine Behauptung untermauern würde. Er ist in seiner Prozessstruktur dem Redoxprozess ähnlich, was auf eine Wirkung in der gleichen Richtung schließen lässt. Der Grund für die Unterschlagung: Ich weiß nicht, ob es irgendwelche andere Prozesse gibt, die dem besagten Redoxprozess behindern – es ist also eine Art Sicherheitsstrategie.
Wie beschrieben erfolgt der Transport mit Hilfe einer „Ionenpumpe“, die als Energiequelle das ATP nutzt. Das ATP bindet drei PO4-Ionen, von denen
nur eines zum „Energiegewinn“ benutzt wird und deshalb im Redeoxprozess frei wird bzw eingebunden wird.
Wenn dieser Recyclingprozess nicht stattfinden würde, dann müsste jedes zum ADP-Molekül oxidierte ATP-Molekül „neu“ produziert werden.
Auch wenn wir nicht wissen, wie viele ATP-Moleküle zum Transport eines der knapp 20 verschiedenen Nährstoffionen in das Zellinnere nötig sind (es kann ja auch sein, dass ein ATP-Molekül ausreicht um mehrere Nährstoffionen ins Zellinnere zu transportieren), so bedeutet dies doch, dass wir mehr PO4 als tatsächlich bräuchten! Wie oben beschrieben käme noch hinzu, dass das ATP auch zur Produktion sekundärer Nährstoffe und ev. anderer (sicherlich nicht aller) chemischer Strukturen gebraucht wird!
Man vermutet, dass Pflanzen mindestens 200.000 chemische Strukturen produzieren können.
Man kann aber mit dem Ziel die erforderliche Menge an ATP zu erahnen noch etwas tiefer in die Materie einsteigen:
Die Ionenpumpe besteht tatsächlich aus einem Eiweißmolekül, welches die Zellwand und die dahinter liegende Zellmembran überbrückt. Die Zellwand besteht aus vier Schichten, ich schätze seine Dicke auf die Größenordnung von 10 nm (Basis: Die Zellwanddicke von Bakterien liegt in einer Größenordnung von 15 nm – also auch hier „Sicherheitsabstand“). In der Molekularwelt wird die Einheit Ångström verwendet (1 Å = 0,1 nm) und da sind 10 nm (100 Å) eine ganz schön lange Strecke welche das eine Eiweißmolekül überbrücken muss! Die Membran besteht aus zwei übereinander liegenden Fettmolekül-Schichten. Die Nährstoffionen müssen entgegen dem in der Zelle herrschenden osmotischen Druck „gepumpt“ werden. Dazu steht die Energie aus einen einzigen PO4-Ion zur Verfügung. Die Energie wird frei, wenn die drei freien Elektronen des PO4-Ions im Zuge einer chem. Reaktion (hier Oxidation) in eine energieärmere Schale eines anderen Atoms wandert. Fazit: Die Energie, die durch die Oxidation eines ATP-Moleküls frei wird, ist nicht gerade mächtig und es ist schon fragwürdig, ob die Energie nur eines ATP-Moleküls reicht um ein Nährstoffion (dessen Ladung hängt vom Nährstoff ab) wie oben beschrieben über die lange Strecke von einigen nm entgegen dem osmotischen Druck im Zellinneren gepumpt werden kann.
Hier aber unterstelle ich den ungünstigsten Fall, nämlich dass hierfür
nur ein einziges ATP-Molekül ausreicht – also auch hier „Sicherheitsabstand“. Ich weise darauf hin, dass ich Abschätzungen kaskadiere und das macht diesen Sicherheitsabstand unumgänglich! Unter der Prämisse „kein ATP-Recycling“ kann man schließen, dass der PO4-Anteil im Dünger größer als die Summe aller anderen Nährstoffe sein müsste (weil ja für den Transport jeden Nährstoffions ein ATP-Molekül notwendig wäre – und hier wird auch unterschlagen, dass neben den Nährstoffen auch andere Substanzen als primäre Nährstoffe in die Ionenpumpe gelangen können)!
Das Zitat von Robert „Der ATP-Anteil in der Nassmasse von Wasserpflanzen liegt vielleicht bei 0,005 bis 0,01 %.“ ist für mich durchaus glaubhaft! Dazu muss man wissen, dass 0,005% gleich 50 ppm und 0,01% gleich 100 ppm sind. Da kann man ruhig die Nährstoffkonzentrationen im AQ-Wasser als Vergleich heranziehen (obwohl sich dort auf das Volumen und nicht auf die Masse bezogen wird. Der Fehler wird den Inhalt der Aussage nicht beeinflussen). Diese 50 … 100 ppm müssen also laufend „recyclet“ werden. Allerdings muss gleichzeitig darauf hingewiesen werden, dass das Phosphat im ATP fest gebunden und nicht als Ion vorliegt. Für einen unmittelbaren Vergleich mit Nährsalzen müsste aber die Masse eines PO4-Endes im ATP (mittels stöchiometrischer Berechnung) herausgerechnet werden. Dazu bin ich aber alleine schon deshalb nicht in der Lage, weil ich die chem. Formel des Adenosin nicht kenne. Außerdem würde das in eine zeitraubende Rechnerei enden! Ich würde den PO4-Anteil im ATP ganz grob auf 5 ppm bis 10 ppm der Nassmasse von Wasserpflanzen (
nicht das Volumen des Aquarienwassers!!) schätzen.
Abschließend noch ein Aspekt/Argument: Bäume sind in der Lage (insbesondere im Xylem) Nährstoffe von der Wurzel bis zur Krone bis zu rund 100 m (Douglasie in Kanada) hoch zu pumpen. Als Ursache wird hier sehr oft der sog. Wurzeldruck genannt. Ich glaube, dass dieser Wurzeldruck durch sehr viele hintereinander liegende Ionenpumpen entsteht, die eine Unmenge an ATP „verbraten“.
Ich denke, meine Behauptung,
das ADP-Recycling ist der Treiber für das Phänomen „PO4 ist nicht nachweisbar aber dennoch vorhanden“
ist nicht so ohne weiteres von der Hand zu weisen!
Grüße
Peter
