Fotosynthese is het proces waarbij planten en sommige micro-organismen stoffen zoals koolhydraten maken. Het is een endotherm (warmteopnemend) chemisch proces dat zonlicht gebruikt om kooldioxide in suikers om te zetten. De suikers worden door de cel gebruikt als energie, en om andere soorten moleculen te bouwen.
Fotosynthese is heel belangrijk voor het leven op aarde. Groene planten bouwen zichzelf op met behulp van fotosynthese. Algen, protisten en sommige bacteriën gebruiken het ook. Enkele uitzonderingen zijn organismen die hun energie rechtstreeks uit chemische reacties halen; deze organismen worden chemo-autotrofen genoemd.
Fotosynthese kan op verschillende manieren gebeuren, maar er zijn enkele onderdelen die veel voorkomen.
6 CO2(g) + 6 H2O + fotonen → C6H12O6(aq) + 6 O2(g) koolstofdioxide + water + lichtenergie → glucose + zuurstof Het koolstofdioxide komt via de huidmondjes het blad binnen door Diffusie uit de atmosfeer. Het water wordt uit de bodem opgenomen door wortelhaarcellen, die een vergroot oppervlak hebben voor een verhoogde opname van water.
Photosynthese vindt plaats in de chloroplasten in bladeren (of andere groene weefsels). Zij bevatten chlorofyl, het groene pigment dat lichtenergie absorbeert. In bladeren hebben palissadecellen chloroplasten om licht op te vangen.
Zuurstof is een afvalproduct van fotosynthese: het komt uit de plant bij de ademhaling. Alle zuurstof in de atmosfeer heeft zijn oorsprong in planten (ook de micro-organismen die aan fotosynthese doen)
Glucose wordt gebruikt bij de ademhaling (om energie in de cellen vrij te maken). Het wordt opgeslagen in de vorm van zetmeel (dat in het donker weer wordt omgezet in glucose voor de ademhaling). Glucose kan ook worden omgezet in andere verbindingen voor groei en voortplanting, bijvoorbeeld cellulose, nectar, fructose, aminozuren en vetten.
Reacties van het proces
Photosynthese kent twee hoofdreeksen reacties. Lichtafhankelijke reacties hebben licht nodig om arbeid te verrichten; en lichtonafhankelijke reacties, die geen licht nodig hebben om arbeid te verrichten.
Lichtafhankelijke reacties
Lichtenergie van de zon wordt gebruikt om watermoleculen te splitsen (fotolyse). Het zonlicht valt op de chloroplasten in de plant. Dit zorgt ervoor dat een enzym het water splitst. Bij de splitsing levert water zuurstof, waterstof en elektronen op.
Waterstof zet samen met de door het licht van energie voorziene elektronen NADP om in NADPH, dat vervolgens wordt gebruikt in de lichtonafhankelijke reacties. Zuurstofgas ontsnapt uit de plant als afvalproduct van de fotosynthese, en ATP wordt gesynthetiseerd uit ADP en anorganisch fosfaat. Dit gebeurt allemaal in de grana van chloroplasten.
Donkerreactie
Tijdens deze reactie worden suikers opgebouwd met behulp van kooldioxide en de producten van de lichtafhankelijke reacties (ATP en NADPH) en diverse andere chemische stoffen die in de plant in de Calvijncyclus voorkomen. Daarom kan de lichtonafhankelijke reactie niet plaatsvinden zonder de lichtafhankelijke reactie. Kooldioxide diffundeert in de plant en samen met chemicaliën in de chloroplast, ATP, en NADPH, wordt glucose gemaakt en tenslotte door translocatie rond de plant getransporteerd.
Factoren die de fotosynthese beïnvloeden
Er zijn drie belangrijke factoren die de fotosynthese beïnvloeden:
- Lichtintensiteit
- Koolstofdioxideconcentratie
- Temperatuur
Lichtintensiteit
Als er weinig licht op een plant schijnt, zullen de lichtafhankelijke reacties niet efficiënt werken. Dit betekent dat fotolyse (afbraak van water door licht) niet snel zal gebeuren, en dat er dus weinig NADPH en ATP zal worden gemaakt. Dit tekort aan NADPH en ATP zal ertoe leiden dat de lichtonafhankelijke reacties niet werken, omdat NADPH en ATP nodig zijn om de lichtonafhankelijke reacties te laten werken.
De vereiste lichtintensiteit kan gemakkelijk worden onderzocht bij een waterplant als fonteinkruid. De zuurstofbelletjes die vrijkomen kunnen worden geteld of het volume kan worden gemeten. Door de afstand tussen licht en plant te veranderen, kan de lichtintensiteit worden gevarieerd. Verandering van de lichtintensiteit zal van invloed zijn op de verandering van de fotosynthesesnelheid. In het donker kan kunstlicht worden gebruikt om de fotosynthesesnelheid te maximaliseren.
Koolstofdioxidegehalte
Koolstofdioxide wordt gebruikt in de lichtonafhankelijke reacties. Het verbindt zich met NADPH en ATP en verschillende andere chemicaliën (zoals Ribulose Bisphosphate) om glucose te vormen. Als er dus niet genoeg kooldioxide is, zal er een ophoping van NADPH en ATP zijn en zal er niet genoeg glucose worden gevormd.
Temperatuur
Er zijn veel enzymen die in fotosynthetische reacties werkzaam zijn – zoals het enzym in de fotolyse. Alle enzymen werken het best bij hun optimale temperatuur. Alle lichtafhankelijke en lichtonafhankelijke reacties verlopen normaal bij gemiddelde of optimale temperaturen. Tropische planten hebben een hoger temperatuur optimum dan planten die zijn aangepast aan een gematigd klimaat.
Wanneer de temperaturen te laag zijn, is er weinig kinetische energie, zodat de reactiesnelheid afneemt. Als de temperaturen te hoog zijn, worden de enzymen gedenatureerd en stopt de katalyse van de fotosynthesereactie.
Kassen moeten een optimale temperatuur aanhouden voor een normale werking van planten.
Eeuwige evolutie
De eerste fotosynthetische organismen zijn waarschijnlijk vroeg in de geschiedenis van het leven geëvolueerd. Mogelijk gebruikten zij reductiemiddelen zoals waterstof of waterstofsulfide als bron van elektronen, in plaats van water. Cyanobacteriën verschenen later, en de overmaat aan zuurstof die zij produceerden droeg bij tot de zuurstofcatastrofe. Dit maakte de evolutie van complex leven mogelijk.
Effectiviteit
Heden ten dage bedraagt de gemiddelde snelheid van energie-opname door fotosynthese wereldwijd ongeveer 130 terawatt, wat ongeveer zes keer zo groot is als de huidige energie die door de menselijke beschaving wordt gebruikt. Fotosynthetische organismen zetten ook ongeveer 100-115 miljard ton koolstof om in biomassa per jaar.
Gerelateerde pagina’s
- Calvin cyclus
- Cellulaire ademhaling
- Plant fysiologie
Images for kids
-
Composietbeeld dat de wereldwijde verspreiding van fotosynthese toont, met inbegrip van zowel oceanisch fytoplankton als terrestrische vegetatie. Donkerrood en blauwgroen geven gebieden aan met een hoge fotosyntheseactiviteit, respectievelijk in de oceaan en op het land.
-
Het “Z-schema”
-
Plantencellen met zichtbare chloroplasten (van een mos, Plagiomnium affine)
-
Portret van Jan Baptist van Helmont door Mary Beale, ca.1674
-
Melvin Calvin werkt in zijn fotosyntheselaboratorium.
-
Het blad is de primaire plaats van fotosynthese bij planten.