Biologi for hovedfag I

Fotosyntese er en proces i flere trin, der kræver sollys, kuldioxid (som har et lavt energiforbrug) og vand som substrater (Figur 1). Når processen er afsluttet, frigiver den ilt og producerer glyceraldehyd-3-fosfat (GA3P), simple kulhydratmolekyler (som har et højt energiforbrug), som efterfølgende kan omdannes til glukose, saccharose eller et af snesevis af andre sukkermolekyler. Disse sukkermolekyler indeholder energi og det energibærende kulstof, som alle levende væsener har brug for for at overleve.

Figur 1. Fotosyntese bruger solenergi, kuldioxid og vand til at producere energilagrende kulhydrater. Der dannes ilt som et affaldsprodukt fra fotosyntesen.

Følgende er den kemiske ligning for fotosyntesen (figur 2):

Figur 2. Den grundlæggende ligning for fotosyntese er bedragerisk enkel. I virkeligheden foregår processen i mange trin, der involverer mellemliggende reaktanter og produkter. Glukose, den primære energikilde i cellerne, fremstilles af to GA3P’er med tre kulstofholdige stoffer.

Og selv om ligningen ser enkel ud, er de mange trin, der finder sted under fotosyntesen, faktisk ret komplekse. Før man lærer detaljerne om, hvordan photoautotrofer omdanner sollys til mad, er det vigtigt at blive fortrolig med de involverede strukturer.

I planter foregår fotosyntesen generelt i blade, som består af flere cellelag. Fotosynteseprocessen foregår i et midterste lag kaldet mesofyl. Gasudvekslingen af kuldioxid og ilt sker gennem små, regulerede åbninger kaldet stomata (ental: stoma), som også spiller en rolle i reguleringen af gasudvekslingen og vandbalancen. Stomataerne er typisk placeret på undersiden af bladet, hvilket er med til at minimere vandtabet. Hver stomi er flankeret af vagtceller, der regulerer åbningen og lukningen af stomataerne ved at svulme eller krympe som reaktion på osmotiske ændringer.

I alle autotrofe eukaryoter foregår fotosyntesen inde i en organel kaldet en kloroplast. For planter findes der kloroplast-holdige celler i mesofylet. Kloroplaster har en dobbelt membranhinde (bestående af en ydre membran og en indre membran). Inden i kloroplasten er der stablede, skiveformede strukturer, der kaldes thylakoider. Indlejret i thylakoidemembranen findes klorofyl, et pigment (et molekyle, der absorberer lys), der er ansvarlig for den indledende interaktion mellem lys og plantemateriale, og talrige proteiner, der udgør elektrontransportkæden. Thylakoidemembranen omslutter et indre rum, der kaldes thylakoidlumen. Som vist i figur 3 kaldes en stak thylakoider for en granum, og det væskefyldte rum, der omgiver granum, kaldes stroma eller “bed” (ikke at forveksle med stoma eller “mund”, en åbning i bladets epidermis).

Praksisfagligt spørgsmål

Figur 3. Fotosyntesen finder sted i kloroplaster, som har en ydre membran og en indre membran. Stakke af thylakoider kaldet grana udgør et tredje membranlag.

På en varm, tør dag lukker planterne deres spalteåbninger for at spare på vandet. Hvilken indvirkning vil dette have på fotosyntesen?

Vis svar

Mængden af kuldioxid (et nødvendigt fotosyntetisk substrat) vil straks falde. Som følge heraf vil fotosyntesens hastighed blive hæmmet.

To dele af fotosyntesen

Fotosyntesen foregår i to på hinanden følgende faser: de lysafhængige reaktioner og de lysuafhængige reaktioner. I de lysafhængige reaktioner absorberes energi fra sollyset af klorofyl, og denne energi omdannes til lagret kemisk energi. I de lysuafhængige reaktioner driver den kemiske energi, der er høstet i de lysafhængige reaktioner, samlingen af sukkermolekyler fra kuldioxid. Selv om de lysuafhængige reaktioner ikke bruger lys som reaktant, kræver de derfor produkterne fra de lysafhængige reaktioner for at fungere. Desuden aktiveres flere af enzymerne i de lysuafhængige reaktioner af lys. De lysafhængige reaktioner bruger visse molekyler til at lagre energien midlertidigt: Disse kaldes energibærere. De energibærere, der flytter energi fra lysafhængige reaktioner til lysuafhængige reaktioner, kan opfattes som “fyldte”, fordi de er rige på energi. Når energien er frigivet, vender de “tomme” energibærere tilbage til den lysafhængige reaktion for at få mere energi. Figur 4 illustrerer de komponenter inde i kloroplasten, hvor de lysafhængige og lysuafhængige reaktioner finder sted.

Figur 4. Fotosyntesen foregår i to faser: lysafhængige reaktioner og Calvin-cyklus. Lysafhængige reaktioner, som finder sted i thylakoidmembranen, bruger lysenergi til at lave ATP og NADPH. Calvin-cyklussen, som finder sted i stromaet, bruger energi fra disse forbindelser til at fremstille GA3P fra CO2.

Fotosyntese i købmandsbutikken

Figur 5. Fødevarer, som mennesker indtager, stammer fra fotosyntese. (credit: Associação Brasileira de Supermercados)

Større dagligvarebutikker i USA er organiseret i afdelinger som f.eks. mejeriprodukter, kød, frugt og grønt, brød, kornprodukter osv. Hver gang (figur 5) indeholder hundredvis, hvis ikke tusindvis, af forskellige produkter, som kunderne kan købe og forbruge.

Selv om der er et stort udvalg, har hver enkelt vare en forbindelse tilbage til fotosyntesen. Kød og mejeriprodukter er forbundet, fordi dyrene blev fodret med plantebaserede fødevarer. Brød, kornprodukter og pastaer kommer i vid udstrækning fra stivelsesholdige kornsorter, som er frø fra fotosynteseafhængige planter. Hvad med desserter og drikkevarer? Alle disse produkter indeholder sukker – saccharose er et planteprodukt, et disaccharid, et kulhydratmolekyle, som er opbygget direkte fra fotosyntesen. Desuden er mange varer mindre tydeligt afledt af planter: F.eks. er papirvarer generelt planteprodukter, og mange plastprodukter (der findes i overflod som produkter og emballage) kan være afledt af alger eller af olie, som er fossile rester af fotosyntetiske organismer. Stort set alle krydderier og smagsstoffer i krydderigangen er produceret af en plante som et blad, en rod, bark, blomst, frugt eller stamme. I sidste ende er fotosyntesen forbundet med hvert måltid og hver eneste fødevare, som en person indtager.

Bidrag!

Forbedre denne sideLær mere