Fotosynthese vertegenwoordigt het biologische proces waarbij planten lichtenergie omzetten in suiker om plantencellen van brandstof te voorzien. Bestaat uit twee fasen, één fase zet de lichtenergie om in suiker, en vervolgens zet cellulaire ademhaling de suiker om in adenosinetrifosfaat, bekend als ATP, de brandstof voor al het cellulaire leven. De omzetting van onbruikbaar zonlicht maakt planten groen.
Hoewel de mechanismen van fotosynthese complex zijn, verloopt de algemene reactie als volgt: koolstofdioxide + zonlicht + water > glucose (suiker) + moleculaire zuurstof. Fotosynthese vindt plaats via verschillende stappen die plaatsvinden in twee fasen: de lichte fase en de donkere fase.
Fase één: lichtreacties
In het lichtafhankelijke proces, dat plaatsvindt in de grana, de gestapelde membraanstructuur binnen chloroplasten, directe energie van licht helpt de plant om moleculen te maken die energie transporteren voor gebruik in de donkere fase van fotosynthese. De plant gebruikt lichtenergie om het co-enzym Nicotinamide adenine dinucleotide fosfaat te genereren, of NADPH en ATP, de moleculen die energie transporteren. De chemische bindingen in deze verbindingen slaan de energie op en worden gebruikt tijdens de donkere fase.
Fase twee: duistere reacties
De donkere fase, die plaatsvindt in het stroma en in het donker wanneer de moleculen die energie dragen aanwezig zijn, staat ook bekend als de Calvin-cyclus of C3 fiets. De donkere fase gebruikt de ATP en NADPH die in de lichte fase worden gegenereerd om CC-covalente bindingen van koolhydraten uit koolstofdioxide en water, met het chemische ribulosebifosfaat of RuBP, een 5-C-chemische stof die de koolstof vangt dioxide. Zes moleculen koolstofdioxide komen de cyclus binnen, die op hun beurt één molecuul glucose of suiker produceert.
Hoe fotosynthese werkt
Een belangrijk onderdeel dat de fotosynthese stimuleert, is het molecuul chlorofyl. Chlorofyl is een groot molecuul met een speciale structuur die het mogelijk maakt om lichtenergie op te vangen en om te zetten in hoogenergetische elektronen, die worden gebruikt tijdens de reacties van de twee fasen om uiteindelijk de suiker of te produceren glucose.
Bij fotosynthetische bacteriën vindt de reactie plaats in het celmembraan en in de cel, maar buiten de kern. In planten en fotosynthetische protozoa -- protozoa zijn eencellige organismen die behoren tot de eukaryoot domein, hetzelfde domein van het leven dat planten, dieren en schimmels omvat -- fotosynthese vindt plaats binnen chloroplasten. Chloroplasten zijn een soort organel- of membraangebonden compartimenten, aangepast voor specifieke functies zoals het creëren van energie voor planten.
Chloroplasten - een evolutionair verhaal
Hoewel chloroplasten tegenwoordig in andere cellen voorkomen, zoals plantencellen, hebben ze hun eigen DNA en genen. Analyse van de sequentie van deze genen heeft onthuld dat chloroplasten zijn geëvolueerd uit onafhankelijk levende fotosynthetische organismen die verwant zijn aan een groep bacteriën die cyanobacteriën worden genoemd.
Een soortgelijk proces vond plaats toen de voorouders van mitochondriën, de organellen in cellen waar oxidatieve ademhaling, het chemische tegenovergestelde van fotosynthese, plaatsvindt. Volgens de theorie van endosymbiose, een theorie die onlangs een boost kreeg door een nieuwe studie gepubliceerd in het tijdschrift Nature, zijn beide chloroplasten en mitochondriën leefden ooit als onafhankelijke bacteriën, maar werden verzwolgen door de voorouders van eukaryoten, wat uiteindelijk leidde tot de opkomst van planten en dieren.