Fotosynthese is het proces waarbij planten voedsel maken met behulp van koolstofdioxide, water en zonlicht. Koolstofdioxide komt de plant binnen via kleine poriën in de bladeren, huidmondjes genoemd. Water reist naar de bladeren via aderen in de plant nadat het door de wortels is opgenomen.
Bij het fotosyntheseproces wordt energie uit zonlicht gebruikt om glucose te maken uit CO2 en H2O. Deze glucose zorgt voor voeding voor de plant. Aangezien veel hogere levensvormen afhankelijk zijn van zowel planten om te eten als van zuurstof om te ademen, is dit proces van vitaal belang voor de overleving van ecosystemen.
Opmerking: Fotosynthese komt ook voor in algen en sommige soorten bacteriën. De focus van dit bericht ligt op fotosynthese in planten.
Locatie van fotosynthese
Fotosynthese vindt plaats in chloroplasten die worden aangetroffen in de bladeren en groene stengels van planten. Eén blad heeft tienduizenden cellen die elk een 40 tot 50 chloroplasten.
Elke chloroplast is verdeeld in vele schijfvormige compartimenten, thylakoïden genaamd, die verticaal zijn gerangschikt als een stapel pannenkoeken. Elke stapel wordt een granum genoemd (het meervoud is grana) die is gesuspendeerd in een vloeistof die stroma wordt genoemd. De
lichtafhankelijke reacties voorkomen in de grana; de lichtonafhankelijke reacties vinden plaats in het stroma van de chloroplasten.Twee stadia van fotosynthese
Hoewel het hele proces minder dan een minuut kan duren, is het fotosyntheseproces eigenlijk nogal complex.
Er zijn twee stappen van fotosynthese: de lichte reacties (het fotogedeelte) en de donkere reacties die ook wel bekend staan als de Calvin cyclus (het synthesegedeelte), en elk van de fasen van fotosynthese heeft meerdere stappen.
Lichtafhankelijke reacties
De eerste stap van fotosynthese gebruikt licht energie om de energiedragermoleculen te maken die in het tweede proces zullen worden gebruikt. Deze reacties staan bekend als lichtreacties en maken direct gebruik van de energie van de zon. Honderden pigmentmoleculen bevinden zich in fotocentra in de thylakoïde membraan en fungeren als antennes om licht te absorberen en energie over te dragen aan een chlorofylmolecuul.
Met deze fotosynthetische pigmenten kunnen planten zonlicht opnemen, wat nodig is om het proces op gang te brengen. Het licht wekt elektronen op, waardoor een hogere energietoestand ontstaat. Dit resulteert in de omzetting van energie van de zon in chemische energie die zorgt voor: voedsel voor de plant.
Chlorofyl moleculen in planten vormen een reactiecentrum dat hoogenergetische elektronen overdraagt aan acceptormoleculen, die vervolgens worden overgedragen via een reeks membraandragers. Deze elektronen met hoge energie passeren tussen moleculen en resulteren in de verdeling van watermoleculen in zuurstof, waterstofionen en elektronen.
In deze eerste stap zorgt een reeks reacties ervoor dat zonne-energie wordt omgezet in chemische energie en in twee afzonderlijke fotosystemen, elektronen worden achtereenvolgens overgedragen om adenosinetrifosfaat (ATP) en nicotine-adenine-dinucleotide te genereren fosfaat (NADP+).
Sommige van de hoge energie-elektronen gaan vervolgens door met het verminderen van NADP+ naar NADPH. De geproduceerde zuurstof wordt uit de chloroplast gediffundeerd en ontsnapt via poriën in het blad in de atmosfeer. De ATP en NADPH die in deze eerste fase worden geproduceerd, worden gebruikt in de volgende stap waar glucose wordt aangemaakt.
Lichtonafhankelijke reacties
Het tweede fotosyntheseproces resulteert in de biosynthese van koolhydraten uit CO2. In deze lichtonafhankelijke (voorheen donkere) fase levert de in de eerste stap gecreëerde NADPH de waterstof die glucose vormen terwijl het ATP gevormd in de lichtafhankelijke reacties de energie levert die nodig is om het te synthetiseren.
Ook bekend als de Calvin-cyclus, deze fase vindt plaats in het stroma en resulteert in de productie van sucrose, die vervolgens worden gebruikt als voedsel- en energiebron voor de plant. Deze fase, genoemd naar Melvin Calvin, gebruikt de ATP en NADPH die in de eerste fase zijn gemaakt, samen met het enzym ribulosebisfosfaatcarboxylase dat in de chloroplast wordt aangetroffen.
Hier dient de ribulose als katalysator, om koolstofmoleculen te "fixeren" die vervolgens worden omgezet in koolhydraten die als energiebron voor de plant dienen.