Fotosyntes är den process genom vilken växter och vissa mikroorganismer tillverkar ämnen som kolhydrater. Det är en endotermisk (tar in värme) kemisk process som använder solljus för att omvandla koldioxid till sockerarter. Sockret används av cellen som energi och för att bygga andra typer av molekyler.
Fotosyntesen är mycket viktig för livet på jorden. Gröna växter bygger sig själva med hjälp av fotosyntes. Alger, protister och vissa bakterier använder den också. Några undantag är organismer som får sin energi direkt från kemiska reaktioner; dessa organismer kallas kemoautotrofer.
Fotosyntesen kan ske på olika sätt, men det finns några delar som är gemensamma.
6 CO2(g) + 6 H2O + fotoner → C6H12O6(aq) + 6 O2(g) koldioxid + vatten + ljusenergi → glukos + syre Koldioxid kommer in i bladet genom klyvöppningarna genom Diffusion från atmosfären. Vattnet absorberas från jorden av rothårcellerna, som har en ökad yta för ett ökat upptag av vatten.
Fotosyntesen sker i kloroplasterna i bladen (eller andra gröna vävnader). De innehåller klorofyll, det gröna pigmentet som absorberar ljusenergi. I bladen har palisadcellerna kloroplaster som fångar upp ljuset.
Syran är en avfallsprodukt från fotosyntesen: den kommer ut ur växten genom andning. Allt syre i atmosfären har sitt ursprung i växter (inklusive de mikroorganismer som gör fotosyntes)
Glukos används i respirationen (för att frigöra energi i cellerna). Det lagras i form av stärkelse (som omvandlas tillbaka till glukos för andning i mörkret). Glukos kan också omvandlas till andra föreningar för tillväxt och reproduktion, t.ex. cellulosa, nektar, fruktos, aminosyror och fetter.
Processens reaktioner
Fotosyntesen har två huvudgrupper av reaktioner. Ljusberoende reaktioner som behöver ljus för att utföra arbete, och ljusoberoende reaktioner som inte behöver ljus för att utföra arbete.
Ljusberoende reaktioner
Ljusenergi från solen används för att dela upp vattenmolekyler (fotolys). Solljuset träffar kloroplaster i växten. Detta får ett enzym att klyva vattnet. När vattnet delas ger det syre, väte och elektroner.
Väte, tillsammans med elektroner som får energi från ljuset, omvandlar NADP till NADPH som sedan används i de ljusoberoende reaktionerna. Syregas diffunderar ut ur växten som en avfallsprodukt från fotosyntesen, och ATP syntetiseras från ADP och oorganiskt fosfat. Allt detta sker i kloroplasternas grana.
Mörkerreaktion
Under denna reaktion byggs sockerarter upp med hjälp av koldioxid och produkterna från de ljusberoende reaktionerna (ATP och NADPH) och olika andra kemikalier som finns i växten i Calvincykeln. Den ljusoberoende reaktionen kan därför inte ske utan den ljusberoende reaktionen. Koldioxid diffunderar in i växten och tillsammans med kemikalier i kloroplasten, ATP och NADPH tillverkas glukos som slutligen transporteras runt i växten genom translokation.
Faktorer som påverkar fotosyntesen
Orange etiketter: kända istider.
Se även: Människans tidslinje och Naturens tidslinje
Det finns tre huvudfaktorer som påverkar fotosyntesen:
- Ljusintensitet
- Koldioxidkoncentration
- Temperatur
Ljusintensitet
Om det inte lyser tillräckligt mycket ljus på en växt kommer de ljusberoende reaktionerna inte att fungera effektivt. Detta innebär att fotolysen (nedbrytning av vatten med hjälp av ljus) inte kommer att ske snabbt, och därför kommer det att bildas lite NADPH och ATP. Denna brist på NADPH och ATP kommer att leda till att de ljusoberoende reaktionerna inte fungerar eftersom NADPH och ATP behövs för att de ljusoberoende reaktionerna ska fungera.
Den ljusintensitet som krävs är lätt att undersöka på en vattenväxt som t.ex. dammalger. De syrebubblor som avges kan räknas eller volymen mätas. Genom att ändra avståndet mellan ljuset och växten kan ljusintensiteten varieras. En förändring av ljusintensiteten kommer att påverka förändringen av fotosynteshastigheten . Konstgjord belysning kan användas i mörker för att maximera fotosynteshastigheten.
Koldioxidnivåer
Koldioxid används i de ljusoberoende reaktionerna. Den kombineras med NADPH och ATP och olika andra kemikalier (t.ex. Ribulosabisfosfat) för att bilda glukos. Om det inte finns tillräckligt med koldioxid kommer därför NADPH och ATP att byggas upp och inte tillräckligt med glukos bildas.
Temperatur
Det finns många enzymer som arbetar i fotosyntetiska reaktioner – till exempel enzymet i fotolysen. Alla enzymer fungerar bäst vid sin optimala temperatur. Alla ljusberoende och ljusoberoende reaktioner sker normalt vid genomsnittlig eller optimal temperatur. Tropiska växter har en högre optimal temperatur än de växter som är anpassade till tempererat klimat.
När temperaturerna är för låga finns det lite kinetisk energi, så reaktionshastigheten minskar. Om temperaturerna är för höga blir enzymerna denaturerade och katalysen av fotosyntesreaktionen upphör.
Drivhus måste hålla en optimal temperatur för att växterna ska fungera normalt.
Från början av evolutionen
De första fotosyntetiska organismerna utvecklades förmodligen tidigt i livets historia. De kan ha använt reducerande ämnen som väte eller vätesulfid som källor till elektroner i stället för vatten. Cyanobakterier dök upp senare, och det överskott av syre som de producerade bidrog till syrekatastrofen. Detta gjorde evolutionen av komplext liv möjlig.
Effektivitet
I dag är den genomsnittliga energifångsthastigheten för fotosyntesen globalt sett cirka 130 terawatts, vilket är ungefär sex gånger större än den nuvarande energi som används av den mänskliga civilisationen. Fotosyntetiska organismer omvandlar också omkring 100-115 miljarder miljoner ton kol till biomassa per år.
Relaterade sidor
- Calvincykeln
- Cellulär respiration
- Plantfysiologi
Bilder för barn
-
Kompositbild som visar fotosyntesens globala fördelning, inklusive både havsfytoplankton och landvegetation. Mörkrött och blågrönt visar områden med hög fotosyntesaktivitet i havet respektive på land.
-
”Z-schemat”
-
Plantceller med synliga kloroplaster (från en mossa, Plagiomnium affine)
-
Porträtt av Jan Baptist van Helmont av Mary Beale, ca.1674
-
Melvin Calvin arbetar i sitt fotosynteslaboratorium.
-
Bladet är den primära platsen för fotosyntesen hos växter.