12 Ein-Quanten-Mechanismus der Photosynthese* 

 Von Otto Warburg 



Beschreibung der Entdeckung des Kreisprozesses bei der Photosynthese : der Lichtreaktion, in der 

 pro Mol absorbierter Quanten 1 Mol Sauerstoff entwickelt wird; und der Dunkelreaktion, in der 

 2 /3 bis 3 /4 des entwickelten Sauerstoffs wieder zurückreagiert. Die Bilanz des Kreisprozesses ist also 

 ein bleibender Gewinn von 1 Mol Sauerstoff, wenn 3 bis 4 Mole Quanten absorbiert worden sind. 



Das Quantenproblem der Photosynthese kann kurz folgendermaßen formuliert 

 werden: zur Entwicklung von 1 Mol Sauerstoff aus Kohlensäure sind etwa 112000 

 cal erforderlich. Die Energie von 1 Mol Quanten an der Wirkungsgrenze im Rot 

 beträgt nur 42000 cal. Also kann die Photosynthese aus thermodynamischen Grün- 

 den keine 1 -Quanten-Reaktion sein. Andererseits sind in der Photochemie des 

 Unbelebten Mehr-Quanten-Reaktionen nicht bekannt, und wir können uns auch 

 keinen Mechanismus derartiger Reaktionen vorstellen. 



Ich habe im letzten Jahr in Dahlem mit meinem amerikanischen Kollegen Dean 

 Burk über dieses Problem gearbeitet 1 . Wir glauben die Lösung gefunden zu haben. 

 Trotz aller Gegengründe hat sich gezeigt, daß die Photosynthese eine 1 -Quanten- 

 Reaktion ist, das heißt, daß 1 Mol absorbierter Lichtquanten die Entwicklung von 

 1 Mol Sauerstoff und die Absorption von 1 Mol Kohlensäure bewirkt. Aber auch 

 hier ist kein Maxwellscher Dämon am Werke, der die Gesetze der Thermodynamik 

 durchbricht. Denn die dem Lichtquantum fehlende Energie von 70000 cal pro 

 Mol wird der Photosynthese von der Zelle in Form von chemischer Energie zur 

 Verfügung gestellt. In dem Maß, in dem diese chemische Hilfsenergie in der 

 Photosynthese verbraucht wird, wird sie immer wieder regeneriert, und zwar durch 

 die Energie eines Verbrennungsvorgangs, in dem Produkte der Photosynthese zu- 

 rückreagieren. Die Lösung des Problems ist also eine chemische Hilfsmaschine, 

 deren Besonderheit es ist, daß sie die Photosynthese treibt und selbst von den Pro- 

 dukten der Photosynthese getrieben wird. 



Wie ist dies gefunden worden? 



1. Methoden 



Wir messen die Photosynthese manometrisch mit Gefäßen, die in Abbildung 1 

 abgebildet sind. Sie enthalten eine Suspension der Grünalge Chlorella, im Gas- 

 raum 10 Vol-% Kohlensäure und Luft und werden, mit Manometern verbunden, 

 im Thermostaten so schnell hin und her bewegt, daß die Flüssigkeit in eine schwin- 

 gende Bewegung gerät und Gas- und Flüssigkeitsphasen immer nahezu im Gleich- 

 gewicht sind. 



Das Licht tritt von unten in die Gefäße ein; seine Intensität wird mit einem 

 Großflächenbolometer gemessen, das den ganzen Querschnitt des Lichtstrahls auf- 

 nimmt, so daß die meist fehlerhaften Integrationen über die Strahlungsquerschnitte 



* Aus „Zeitschrift für Elektrochemie und angewandte physikalische Chemie" 55 (1951): 447. 



