Lear Outcomes
- Identify the reactants and products of photosynthesis
Photosynthese is een proces in meerdere stappen dat zonlicht, koolstofdioxide (dat weinig energie bevat) en water als substraten nodig heeft (Figuur 1). Nadat het proces is voltooid, komt zuurstof vrij en wordt glyceraldehyde-3-fosfaat (GA3P) geproduceerd, eenvoudige koolhydraatmoleculen (die veel energie bevatten) die vervolgens kunnen worden omgezet in glucose, sacharose, of een van de tientallen andere suikermoleculen. Deze suikermoleculen bevatten energie en de energetische koolstof die alle levende wezens nodig hebben om te overleven.
Figuur 1. Fotosynthese maakt gebruik van zonne-energie, kooldioxide en water om energie-opslag-koolhydraten te produceren. Zuurstof ontstaat als afvalproduct van de fotosynthese.
De volgende is de chemische vergelijking voor fotosynthese (figuur 2):
Figuur 2. De basisvergelijking voor fotosynthese is bedrieglijk eenvoudig. In werkelijkheid verloopt het proces in vele stappen waarbij tussenproducten en tussenreactanten betrokken zijn. Glucose, de primaire energiebron in de cellen, wordt gemaakt uit twee drie-koolstof GA3Ps.
Hoewel de vergelijking eenvoudig lijkt, zijn de vele stappen die tijdens de fotosynthese plaatsvinden in werkelijkheid vrij complex. Alvorens in detail te leren hoe foto-autotrofen zonlicht omzetten in voedsel, is het belangrijk vertrouwd te raken met de betrokken structuren.
In planten vindt de fotosynthese meestal plaats in bladeren, die uit verschillende cellagen bestaan. Het proces van fotosynthese vindt plaats in een middelste laag die het mesofyl wordt genoemd. De gasuitwisseling van kooldioxide en zuurstof vindt plaats via kleine, gereguleerde openingen, huidmondjes (enkelvoud: stoma) genoemd, die ook een rol spelen bij de regulering van de gasuitwisseling en de waterhuishouding. De huidmondjes bevinden zich meestal aan de onderkant van het blad, wat helpt om het waterverlies te beperken. Elke stoma wordt geflankeerd door bewakingscellen die het openen en sluiten van de stomata regelen door op te zwellen of te krimpen als reactie op osmotische veranderingen.
In alle autotrofe eukaryoten vindt de fotosynthese plaats in een organel dat een chloroplast wordt genoemd. Bij planten bevinden de chloroplast bevattende cellen zich in het mesofyl. Chloroplasten hebben een dubbel membraanomhulsel (bestaande uit een buitenmembraan en een binnenmembraan). Binnen de chloroplast bevinden zich gestapelde, schijfvormige structuren die thylakoïden worden genoemd. In het thylakoïdmembraan zit chlorofyl, een pigment (molecuul dat licht absorbeert) dat verantwoordelijk is voor de eerste interactie tussen licht en plantaardig materiaal, en talrijke eiwitten die samen de elektronentransportketen vormen. Het thylakoïd membraan omsluit een interne ruimte die het thylakoïd lumen wordt genoemd. Zoals te zien is in figuur 3, wordt een stapel thylakoïden een granum genoemd, en de met vloeistof gevulde ruimte rondom het granum wordt stroma of “bed” genoemd (niet te verwarren met stoma of “mond”, een opening op de bladepidermis).
Praktijkvraag
Figuur 3. Fotosynthese vindt plaats in chloroplasten, die een buitenmembraan en een binnenmembraan hebben. Stapels thylakoïden, grana genaamd, vormen een derde membraanlaag.
Op een hete, droge dag sluiten planten hun huidmondjes om water te besparen. Welke gevolgen heeft dit voor de fotosynthese?
Twee delen van fotosynthese
Fotosynthese vindt plaats in twee opeenvolgende fasen: de licht-afhankelijke reacties en de licht-onafhankelijke reacties. In de licht-afhankelijke reacties wordt de energie van het zonlicht geabsorbeerd door chlorofyl en die energie wordt omgezet in opgeslagen chemische energie. In de lichtonafhankelijke reacties drijft de chemische energie die tijdens de lichtafhankelijke reacties is geoogst, de assemblage van suikermoleculen uit kooldioxide aan. Hoewel de lichtonafhankelijke reacties dus geen licht als reactant gebruiken, hebben zij de producten van de lichtafhankelijke reacties nodig om te kunnen functioneren. Bovendien worden verschillende enzymen van de lichtonafhankelijke reacties door licht geactiveerd. De lichtafhankelijke reacties maken gebruik van bepaalde moleculen om de energie tijdelijk op te slaan: Deze worden energiedragers genoemd. De energiedragers die de energie van de lichtafhankelijke reacties naar de lichtonafhankelijke reacties overbrengen, kunnen als “vol” worden beschouwd, omdat ze rijk zijn aan energie. Nadat de energie is vrijgemaakt, keren de “lege” energiedragers terug naar de lichtafhankelijke reactie om meer energie te verkrijgen. Figuur 4 illustreert de onderdelen binnen de chloroplast waar de lichtafhankelijke en lichtonafhankelijke reacties plaatsvinden.
Figuur 4. De fotosynthese verloopt in twee fasen: de lichtafhankelijke reacties en de Calvijncyclus. De lichtafhankelijke reacties, die plaatsvinden in het thylakoïdmembraan, gebruiken lichtenergie om ATP en NADPH te maken. De Calvijn-cyclus, die in het stroma plaatsvindt, gebruikt energie afkomstig van deze verbindingen om GA3P te maken uit CO2.
Fotosynthese in de kruidenierswinkel
Figuur 5. De voedingsmiddelen die de mens consumeert, zijn afkomstig van fotosynthese. (credit: Associação Brasileira de Supermercados)
De grote kruidenierswinkels in de Verenigde Staten zijn georganiseerd in afdelingen, zoals zuivel, vlees, producten, brood, granen, enzovoort. Elk gangpad (figuur 5) bevat honderden, zo niet duizenden verschillende producten die de klanten kunnen kopen en consumeren.
Hoewel er een grote verscheidenheid is, legt elk artikel een verband met de fotosynthese. Vlees en zuivelproducten zijn verbonden omdat de dieren plantaardig voedsel kregen. Brood, granen en pasta’s zijn grotendeels afkomstig van zetmeelrijke granen, die de zaden zijn van fotosynthese-afhankelijke planten. Hoe zit het met desserts en dranken? Al deze producten bevatten suiker-suiker is een plantaardig product, een disacharide, een koolhydraatmolecule, die rechtstreeks uit fotosynthese wordt opgebouwd. Bovendien zijn veel artikelen minder duidelijk afgeleid van planten: papierwaren zijn bijvoorbeeld over het algemeen plantaardige producten, en veel kunststoffen (overvloedig aanwezig als producten en verpakkingen) kunnen worden afgeleid van algen of van olie, de gefossiliseerde resten van fotosynthetische organismen. Vrijwel elke specerij en smaakstof in het kruidenrek is door een plant geproduceerd als blad, wortel, schors, bloem, vrucht of stengel. Uiteindelijk is fotosynthese verbonden met elke maaltijd en elk voedsel dat een mens consumeert.
In Samenvatting: Een overzicht van fotosynthese
Het proces van fotosynthese heeft het leven op aarde getransformeerd. Door gebruik te maken van de energie van de zon heeft de fotosynthese ervoor gezorgd dat levende wezens over enorme hoeveelheden energie konden beschikken. Door fotosynthese kregen levende wezens toegang tot voldoende energie om nieuwe structuren te bouwen en de biodiversiteit te bereiken die we vandaag kennen.
Alleen bepaalde organismen, foto-autotrofen genoemd, kunnen fotosynthese uitvoeren; zij vereisen de aanwezigheid van chlorofyl, een gespecialiseerd pigment dat bepaalde delen van het zichtbare spectrum absorbeert en energie van zonlicht kan opvangen. Bij de fotosynthese worden kooldioxide en water gebruikt om koolhydraatmoleculen samen te stellen en wordt zuurstof als afvalproduct aan de atmosfeer afgegeven. Eukaryote autotrofen, zoals planten en algen, hebben organellen, chloroplasten genaamd, waarin de fotosynthese plaatsvindt en zich zetmeel ophoopt. In prokaryoten, zoals cyanobacteriën, is het proces minder gelokaliseerd en vindt het plaats binnen gevouwen membranen, verlengstukken van het plasmamembraan, en in het cytoplasma.
Probeer het
Bijdragen!
Verbeter deze paginaLees meer