10 1 -Quanten-Mechanismus und Energie-Kreisprozeß 

 bei der Photosynthese* 



Von Dean Burk und Otto Warburg 



Belichtet man Chlorella intermittierend und monochromatisch mit hohen Licht- 

 intensitäten, indem man je eine Hellminute und eine Dunkelminute aufeinander- 

 folgen läßt, und mißt dabei die absorbierte Lichtenergie sowie den Gaswechsel der 

 Algen, so finden wir nunmehr maximal eine „Quantenausbeute" von 1 in jeder 

 Hellminute, d. h. 1 Mol absorbierter Lichtquanten bewirkt die Absorption von 



1 Mol Kohlensäure und die Entwicklung von 0,8 bis 1 Mol Sauerstoff (y = COj 



2 = — 1 bis — 1,25). In jeder Dunkelminute finden wir den umgekehrten Pro- 

 zeß, Entwicklung von Kohlensäure und Absorption von Sauerstoff, auch hier y = 

 CO2/O2 = —1,0 bis — 1,25. Dieser Verbrennungsprozeß ist nahezu proportional 

 der Lichtintensität in der Hellperiode und erreicht in unsern Versuchen bis zu 

 dem 12fachen der gewöhnlichen Atmung (12faches Volumen der Zellen an Sauer- 

 stoffverbrauch je Stunde). Beide Prozesse, der durch das Licht angeregte Ver- 

 brennungsprozeß und der im Licht hinzukommende umgekehrte Prozeß, sind 

 gegenseitig voneinander abhängig; sie sind durch einen Kreisprozeß miteinander 

 verbunden. 



Offenbar ist dieser Kreisprozeß die Lösung des Quantenproblems der Kohlen- 

 säureassimilation. Wenn etwa 120000 cal für die Reduktion eines Mols CO> not- 

 wendig sind, so liefert das Licht davon (im rot) 40000 cal und der Verbrennungs- 

 prozeß 80000 cal. Dabei wird im Licht ein ganzes Mol C0 2 je Mol absorbierter 

 Quanten gewonnen, aber 2 '3 dieses Gewinns werden in der Verbrennungsphase des 

 Kreisprozesses wieder verbraucht, so daß in der Bilanz der Gewinn nur 1 /3 Mol 

 Kohlenstoff je Mol Quanten beträgt; d. h., daß 3 Mole Quanten absorbiert werden 

 müssen, damit 1 Mol CO2 durch den vollständigen Kreisprozeß reduziert wird. 



Chemosynthese und Photosynthese wirken also bei der Assimilation der Kohlen- 

 säure in den grünen Pflanzenzellen zusammen. Die Chemosynthese liefert die dem 

 Lichtquant fehlende Energie, erhält aber, nachdem das Lichtquant gewirkt hat, 

 ihren aufgewendeten Brennstoff von der Photosynthese wieder zurück. So erreicht 

 die Natur, daß die energiearmen Quanten des sichtbaren Sonnenlichts eine photo- 

 chemische Reaktion bewirken können, die das 3fache der Energie eines Licht- 

 quantums erfordert. 



Die Versuchstechnik war eine weiterentwickelte 2-Gef äß-Methode : geteilter 

 Lichtstrahl, hohe monochromatische Lichtintensität (z. B. 2 Mikromole Quanten 

 je Minute in jedem der beiden Teile des Strahls), bolometrische Messung der 

 Intensität, bezogen auf die Lichtstandardlampe des Bureau of Standards in 

 Washington; wenig Zellen im Gefäß, Transmissionsmessung mit dem kürzlich 

 beschriebenen Transmissions-Aktinometer 1 ; und so schnelle Schüttelung der 



* Aus Die Naturwissenschaften 37 (1950): 560 



