Fotosynthese, het proces waarbij een organisme lichtenergie en koolstofdioxide omzet in koolhydraten en zuurstof, komt voor in alle groene planten, evenals in sommige schimmels en eencellige organismen. De meeste stappen van fotosynthese vinden plaats in pigmenten die chlorofyl worden genoemd. Fotosynthese gebruikt de energie van de zon, evenals koolstofdioxide en water uit de omgeving van de plant, om glucose te produceren.
Fotosynthese produceert ook zuurstof als bijproduct. Bijna alle atmosferische zuurstof is het resultaat van fotosynthese uitgevoerd door fytoplankton in de oceaan. Fotosynthese bestaat uit twee hoofdfasen: de lichtafhankelijke reacties van fotosynthese en de lichtonafhankelijke reacties.
Oorsprong van de chloroplast
De chloroplast is het organel waar fotosynthese plaatsvindt in alle planten. Er wordt aangenomen dat chloroplasten in de vroege stadia van het leven als hun eigen entiteit bestonden. Ze werden vervolgens overspoeld door grotere cellen en werden wat we kennen als een organel. Dit wordt de endosymbiotische theorie genoemd.
Lees meer over de structuur en functie van chloroplast.
Samengevatte stappen van fotosynthese
De stappen van fotosynthese kunnen worden samengevat door de volgende vergelijking:
6 CO2 (kooldioxide) + 6 H2O (water) + Energie = C6H12O6 (glucose)+ 6 O2 (zuurstof).
De koolstof uit koolstofdioxide combineert met waterstof en zuurstof uit water om glucose te vormen, met zuurstof en water als bijproducten. Het proces omvat verschillende tussenstadia en vereist verschillende cellulaire machines om uit te voeren. Dit toont ook de algemene volgorde van fotosynthese.
Aankoop van grondstoffen
Kooldioxide moet vanuit de atmosfeer naar de chloroplasten van groene planten gaan waar fotosynthese plaatsvindt. Kooldioxide en water komen door eenvoudige diffusie in eencellige organismen en waterplanten. Landplanten hebben gespecialiseerde structuren, huidmondjes genaamd, die werken als kleine kleppen om gassen in en uit de plant te laten komen.
Water wordt via de wortels vanuit de bodem naar de landplanten gebracht en door vaatweefsels getransporteerd. Licht wordt voornamelijk opgevangen door de bladeren van planten, waarvan de vorm is geëvolueerd om zonne-energie met een maximum aan efficiëntie op te vangen in de verschillende omgevingen van elke soort.
Lichtafhankelijke reacties van fotosynthese
De volgende in de volgorde van fotosynthese zijn de lichtafhankelijke reacties. Tijdens de lichtafhankelijke reacties van fotosynthese wordt lichtenergie omgezet in chemische energie. Licht zorgt voor de splitsing van watermoleculen in waterstof, zuurstof en vrije elektronen.
De vrije elektronen worden gebruikt om energiedragermoleculen op te laden, zoals adenosinetrifosfaat, ook wel ATP genoemd, en nicotinamide-adenine-dinucleotidefosfaat, ook wel NADP genoemd. Er zijn verschillende moleculaire routes waardoor lichtenergie wordt omgezet in chemische energie, waaronder cyclische fotofosforylering en niet-cyclische fotofosforylering.
Lees meer over lichtafhankelijke reacties.
Lichtonafhankelijke reactie
De volgende in de volgorde van fotosynthese zijn de lichtonafhankelijke reacties. Tijdens deze reacties worden producten van de lichtreactie gebruikt om koolhydraten te vormen. Kooldioxide uit de atmosfeer wordt opgevangen en gebonden aan de waterstofcomponent van water moleculen splitsen zich tijdens de lichtreactie, en een koolhydraat wordt gevormd door een proces genaamd Calvin Fiets. Dit deel van fotosynthese staat ook bekend als koolstoffixatie, een belangrijke factor bij het stabiel houden van het kooldioxidegehalte in de atmosfeer.
Glucose transport en opslag
Glucose is oplosbaar in water en lost op in de interne vloeistoffen van de plant. Glucose wordt uit de bladeren verplaatst en naar de rest van de plant gedistribueerd door diffusie in eenvoudige planten en door vaatweefsel in meer complexe planten. Glucose kan dan direct worden gebruikt of worden bewaard.
Planten behouden wat zuurstof in hun weefsels voor later gebruik bij het metaboliseren van opgeslagen glucose door een chemisch proces dat vergelijkbaar is met de ademhaling van dieren. Planten moeten daarom meer fotosynthetiseren dan ademen. Overtollige zuurstof komt vrij op dezelfde manier als kooldioxide wordt opgenomen, door eenvoudige diffusie of via de huidmondjes van de plant.