Chloroplasten zijn de originele "groene" transformatoren voor zonne-energie. Deze kleine organellen, die alleen in de cellen van planten en algen te vinden zijn, gebruiken energie van de zon om koolstofdioxide en water om te zetten in glucose en zuurstof. Dan Jenk, wetenschappelijk schrijver voor het Biodesign Institute van de Arizona State University beschrijft het proces als volgt: "... planten naderen het toppunt van gierigheid door bijna elk foton van beschikbare lichtenergie op te vangen om voedsel."
In dit artikel bespreken we het algemene proces van fotosynthese, hoe de chloroplast functioneert en hoe het werkt om chemische inputs en de zon te gebruiken om glucose te maken.
Chemische potentiële energie
Energie die is opgeslagen in een moleculaire binding wordt "chemische potentiële energie" genoemd. Wanneer een chemische binding is gebroken, zoals wanneer een zetmeelmolecuul wordt gegeten en vervolgens wordt afgebroken in het spijsverteringsstelsel van een dier, is energie vrijgelaten. Alle organismen hebben energie nodig om te overleven.
Het belangrijkste molecuul dat wordt gebruikt voor energie in levende organismen heet ATP. ATP wordt in cellen gegenereerd via glucose en complexe metabole routes. Om glucose te krijgen, moeten planten, algen en andere autotrofen zonne-energie echter omzetten in glucose via een proces dat fotosynthese wordt genoemd.
Fotosynthese: de reactie
Fotosynthese zet lichtenergie om in chemische energie die wordt opgeslagen in de moleculaire bindingen van glucose. Dit proces vindt plaats in chloroplasten. Een plant gebruikt de glucosemoleculen om complexe koolhydraten te creëren - zetmeel en cellulose - en andere voedingsstoffen die het nodig heeft om te groeien en zich voort te planten. Fotosynthese maakt het dus mogelijk om lichtenergie om te zetten in een vorm van energie die kan worden gebruikt voor voedsel, zowel door de plant als door de dieren die de plant eten.
Fotosynthese kan worden weergegeven door de volgende vereenvoudigde vergelijking:
6 CO2 (kooldioxide) + 6 H2O (water) → C6H12O6 (glucose) + 6 O2 (zuurstof)
•••Goodshoot RF/Goodshoot/Getty Images
Fotosynthese en chloroplastfunctie: hoe het werkt
Fotosynthese vindt plaats in twee stappen -- één lichtafhankelijk en één lichtonafhankelijk.
De lichte reacties van fotosynthese begint wanneer licht van de zon een cel met een chloroplast raakt, meestal in bladcellen van planten. Chlorofyl, het groene pigment in een chloroplast, absorbeert deeltjes van lichtenergie die fotonen worden genoemd. Een geabsorbeerd foton initieert een reeks chemische reacties die twee soorten hoogenergetische verbindingen creëren, ATP (adenosinetrifosfaat) en NADPH (nicotinamide-adenine-dinucleotidefosfaat).
Deze verbindingen worden later gebruikt bij cellulaire ademhaling om meer bruikbare energie te creëren in de vorm van ATP.
Naast lichtenergie hebben de lichtreacties ook water nodig. Tijdens fotosynthese worden watermoleculen gesplitst in waterstofionen en zuurstof. De waterstof wordt verbruikt door de reactie, en overgebleven zuurstofatomen komen vrij uit de chloroplast als zuurstofgas (O2).
Lichtonafhankelijke reacties
De lichtonafhankelijk deel van de fotosynthese is ook bekend als de Calvin cyclus. Met behulp van de moleculen geproduceerd in de lichtafhankelijke reacties -- ATP voor energie en NADPH voor elektronen -- de Calvin cyclus maakt gebruik van een cyclische reeks biochemische reacties om zes moleculen koolstofdioxide om te zetten in een molecuul van glucose.
Elke stap van de Calvin-cyclus heeft een enzym dat de reactie katalyseert.
Chloroplastfunctie en groene energie
De grondstoffen voor fotosynthese komen van nature voor in het milieu. Planten nemen kooldioxide uit de lucht, water uit de bodem en licht van de zon op en zetten dit om in zuurstof en koolhydraten. Dit maakt chloroplasten 's werelds meest efficiënte consumenten en producenten van schone, hernieuwbare energie.
Het zorgt ook voor de kringloop van koolstof en zuurstof in het milieu. Zonder fotosynthese van planten en algen zou er geen enkele manier zijn om koolstofdioxide te recyclen tot ademende zuurstof.
Daarom ontbossing en klimaatverandering zijn zo schadelijk voor het milieu: zonder massa's algen, bomen en andere planten om zuurstof aan te maken en kooldioxide, CO2 niveaus zullen toenemen. Dit verhoogt de mondiale temperatuur, verstoort gasuitwisselingscycli en kan in het algemeen schadelijk zijn voor het milieu.