Fotosyntese er den proces, hvorved planter og nogle mikroorganismer fremstiller stoffer som kulhydrater. Det er en endotermisk (bruger varme) kemisk proces, som bruger sollys til at omdanne kuldioxid til sukkerstoffer. Sukkerstofferne bruges af cellen som energi og til at opbygge andre slags molekyler.
Fotosyntese er meget vigtig for livet på Jorden. Grønne planter opbygger sig selv ved hjælp af fotosyntese. Alger, protister og nogle bakterier bruger den også. Nogle undtagelser er organismer, der får deres energi direkte fra kemiske reaktioner; disse organismer kaldes kemoautotrofer.
Fotosyntese kan foregå på forskellige måder, men der er nogle dele, der er fælles.
6 CO2(g) + 6 H2O + fotoner → C6H12O6(aq) + 6 O2(g) kuldioxid + vand + lysenergi → glukose + ilt Kuldioxiden kommer ind i bladet gennem spalteåbningerne ved Diffusion fra atmosfæren. Vandet optages fra jorden af rodhårscellerne, som har et øget overfladeareal til en øget optagelse af vand.
Fotosyntesen foregår i chloroplasterne i bladene (eller andre grønne væv). De indeholder klorofyl, det grønne pigment, der absorberer lysenergi. I bladene har palisadecellerne kloroplaster til at opfange lys.
Syre er et affaldsprodukt fra fotosyntesen: det kommer ud af planten ved respiration. Al ilt i atmosfæren har sin oprindelse i planter (herunder de mikroorganismer, der laver fotosyntese)
Glukose bruges i respirationen (til at frigøre energi i cellerne). Det lagres i form af stivelse (som omdannes tilbage til glukose til respiration i mørke). Glukose kan også omdannes til andre forbindelser til vækst og reproduktion, f.eks. cellulose, nektar, fruktose, aminosyrer og fedtstoffer.
Processens reaktioner
Fotosyntesen har to hovedgrupper af reaktioner. Lysafhængige reaktioner, der har brug for lys for at udføre arbejde, og lysuafhængige reaktioner, der ikke har brug for lys for at udføre arbejde.
Lysafhængige reaktioner
Lynsenergi fra solen bruges til at splitte vandmolekyler (fotolyse). Sollyset rammer kloroplaster i planten. Det får et enzym til at splitte vandet. Når vandet spaltes, giver det ilt, hydrogen og elektroner.
Hydrogen omdanner sammen med elektroner, der får energi fra lyset, NADP til NADPH, som derefter bruges i de lysuafhængige reaktioner. Iltgas diffunderer ud af planten som et affaldsprodukt fra fotosyntesen, og ATP syntetiseres fra ADP og uorganisk fosfat. Alt dette sker i kloroplasternes grana.
Mørkereaktion
Ved denne reaktion opbygges sukkerstoffer ved hjælp af kuldioxid og produkterne fra de lysafhængige reaktioner (ATP og NADPH) og forskellige andre kemikalier, der findes i planten i Calvin-cyklusen. Den lysuafhængige reaktion kan derfor ikke finde sted uden den lysafhængige reaktion. Kuldioxid diffunderer ind i planten, og sammen med kemikalier i kloroplasten, ATP og NADPH dannes glukose, som til sidst transporteres rundt i planten ved translokation.
Faktorer, der påvirker fotosyntesen
Orange etiketter: kendte istider.
Se også:
Også se: Mennesketidslinje og Naturens tidslinje
Der er tre hovedfaktorer, der påvirker fotosyntesen:
- Lysintensitet
- Koldioxidkoncentration
- Temperatur
Lysintensitet
Hvis der kun skinner lidt lys på en plante, vil de lysafhængige reaktioner ikke fungere effektivt. Det betyder, at fotolysen (nedbrydning af vand ved hjælp af lys) ikke vil ske hurtigt, og derfor vil der blive lavet lidt NADPH og ATP. Denne mangel på NADPH og ATP vil føre til, at de lysuafhængige reaktioner ikke fungerer, da NADPH og ATP er nødvendige for, at de lysuafhængige reaktioner kan fungere.
Den nødvendige lysintensitet kan let undersøges i en vandplante som f.eks. damurt. De iltbobler, der afgives, kan tælles eller volumenet måles. Ved at ændre afstanden mellem lys og plante kan man få lysintensiteten til at variere. Ændring i lysintensiteten vil påvirke ændringen i fotosyntesens hastighed . Kunstig belysning kan anvendes i mørke for at maksimere fotosynteseraten.
Koldioxidniveauet
Koldioxid anvendes i de lysuafhængige reaktioner. Det kombineres med NADPH og ATP og forskellige andre kemikalier (som f.eks. ribulosebisfosfat) for at danne glukose. Hvis der ikke er nok kuldioxid, vil der derfor ske en ophobning af NADPH og ATP, og der vil ikke blive dannet nok glukose.
Temperatur
Der er mange enzymer, der arbejder i fotosyntetiske reaktioner – f.eks. enzymet i fotolysen. Alle enzymer fungerer bedst ved deres optimale temperatur. Alle lysafhængige og lysuafhængige reaktioner vil foregå normalt ved gennemsnitlig eller optimal temperatur. Tropiske planter har et højere temperaturoptimum end de planter, der er tilpasset et tempereret klima.
Når temperaturerne er for lave, er der kun lidt kinetisk energi, så reaktionshastigheden falder. Hvis temperaturerne er for høje, bliver enzymerne denatureret, og katalysen af fotosyntesereaktionen stopper.
Drivhuse skal holde en optimal temperatur for at planterne kan fungere normalt.
Første udvikling
De første fotosyntetiske organismer udviklede sig sandsynligvis tidligt i livshistorien. De kan have brugt reducerende stoffer som f.eks. hydrogen eller hydrogensulfid som kilder til elektroner i stedet for vand. Cyanobakterier opstod senere, og det iltoverskud, de producerede, bidrog til iltkatastrofen. Dette gjorde udviklingen af komplekst liv mulig.
Effektivitet
I dag er den gennemsnitlige energiindsamling ved fotosyntese globalt set ca. 130 terawatt, hvilket er ca. seks gange større end den nuværende strøm, som den menneskelige civilisation bruger. Fotosyntetiske organismer omdanner også omkring 100-115 milliarder millioner tons kulstof til biomasse om året.
Relaterede sider
- Calvincyklus
- Cellulær respiration
- Planternes fysiologi
Billeder til børn
-
Sammensat billede, der viser den globale fordeling af fotosyntesen, herunder både havets fytoplankton og den terrestriske vegetation. Mørkerødt og blågrønt angiver områder med høj fotosyntetisk aktivitet i henholdsvis havet og på land.
-
“Z-skemaet”
-
Planteceller med synlige kloroplaster (fra en mos, Plagiomnium affine)
-
Portræt af Jan Baptist van Helmont af Mary Beale, ca.1674
-
Melvin Calvin arbejder i sit fotosynteselaboratorium.
-
Bladet er det primære sted for fotosyntese hos planter.