Biologi för studenter I

Fotosyntesen är en flerstegsprocess som kräver solstrålning, koldioxid (som har en låg energivärmehalt) och vatten som substrat (figur 1). När processen är avslutad frigörs syre och producerar glyceraldehyd-3-fosfat (GA3P), enkla kolhydratmolekyler (som innehåller mycket energi) som senare kan omvandlas till glukos, sackaros eller någon av dussintals andra sockermolekyler. Dessa sockermolekyler innehåller energi och det energirika kol som alla levande varelser behöver för att överleva.

Figur 1. Fotosyntesen använder solenergi, koldioxid och vatten för att producera energilagrande kolhydrater. Syre bildas som en avfallsprodukt vid fotosyntesen.

Nedan följer den kemiska ekvationen för fotosyntesen (figur 2):

Figur 2. Den grundläggande ekvationen för fotosyntesen är bedrägligt enkel. I verkligheten sker processen i många steg med mellanliggande reaktanter och produkter. Glukos, den primära energikällan i cellerna, tillverkas av två trekoliga GA3P:er.

Äkvationen ser visserligen enkel ut, men de många steg som äger rum under fotosyntesen är i själva verket ganska komplexa. Innan man lär sig detaljerna om hur fotoautotrofer förvandlar solljus till föda är det viktigt att bekanta sig med de inblandade strukturerna.

I växter sker fotosyntesen i allmänhet i bladen, som består av flera lager av celler. Fotosyntesprocessen sker i ett mellanskikt som kallas mesofyll. Gasutbytet av koldioxid och syre sker genom små, reglerade öppningar som kallas stomata (singular: stoma), som också spelar en roll i regleringen av gasutbytet och vattenbalansen. Stomata är vanligtvis belägna på bladets undersida, vilket bidrar till att minimera vattenförlusten. Varje stoma flankeras av vaktceller som reglerar öppning och stängning av stomata genom att svälla eller krympa som svar på osmotiska förändringar.

I alla autotrofa eukaryoter sker fotosyntesen inuti en organell som kallas kloroplast. För växter finns kloroplastinnehållande celler i mesofyllet. Kloroplaster har ett dubbelt membranhölje (bestående av ett yttre membran och ett inre membran). Inom kloroplasten finns staplade, skivformade strukturer som kallas thylakoider. Inbäddade i thylakoidmembranet finns klorofyll, ett pigment (en molekyl som absorberar ljus) som ansvarar för den första interaktionen mellan ljus och växtmaterial, och många proteiner som utgör elektrontransportkedjan. Thylakoidmembranet omsluter ett inre utrymme som kallas thylakoidlumen. Som visas i figur 3 kallas en stapel thylakoider för en granum, och det vätskefyllda utrymmet som omger granum kallas för stroma eller ”bädd” (inte att förväxla med stoma eller ”mun”, en öppning i bladets epidermis).

Praktikfråga

Figur 3. Fotosyntesen sker i kloroplaster, som har ett yttre membran och ett inre membran. Staplar av thylakoider som kallas grana bildar ett tredje membranlager.

På en varm och torr dag stänger växterna sina klyvöppningar för att spara vatten. Vilken inverkan kommer detta att ha på fotosyntesen?

Visa svar

Nivåerna av koldioxid (ett nödvändigt fotosyntetiskt substrat) kommer omedelbart att sjunka. Som ett resultat av detta kommer fotosyntesen att hämmas.

Fotosyntesens två delar

Fotosyntesen sker i två sekventiella steg: de ljusberoende reaktionerna och de ljusoberoende reaktionerna. I de ljusberoende reaktionerna absorberas energi från solljuset av klorofyll och denna energi omvandlas till lagrad kemisk energi. I de ljusoberoende reaktionerna driver den kemiska energi som samlats in under de ljusberoende reaktionerna sammanställningen av sockermolekyler från koldioxid. Även om de ljusoberoende reaktionerna inte använder ljus som reaktant behöver de därför produkterna från de ljusberoende reaktionerna för att fungera. Dessutom aktiveras flera enzymer i de ljusoberoende reaktionerna av ljus. De ljusberoende reaktionerna använder vissa molekyler för att tillfälligt lagra energin: Dessa kallas energibärare. De energibärare som flyttar energi från ljusberoende reaktioner till ljusoberoende reaktioner kan betraktas som ”fulla” eftersom de är rika på energi. När energin har frigjorts återvänder de ”tomma” energibärarna till den ljusberoende reaktionen för att få mer energi. Figur 4 illustrerar de komponenter inuti kloroplasten där de ljusberoende och ljusoberoende reaktionerna äger rum.

Figur 4. Fotosyntesen sker i två steg: ljusberoende reaktioner och Calvincykeln. Ljusberoende reaktioner, som äger rum i thylakoidmembranet, använder ljusenergi för att göra ATP och NADPH. Calvincykeln, som äger rum i stroma, använder energi från dessa föreningar för att göra GA3P av koldioxid.

Fotosyntes i livsmedelsbutiken

Figur 5. Livsmedel som människor konsumerar har sitt ursprung i fotosyntesen. (kredit: Associação Brasileira de Supermercados)

De större livsmedelsbutikerna i USA är organiserade i avdelningar, till exempel mejeri, kött, grönsaker, bröd, spannmål och så vidare. Varje gång (figur 5) innehåller hundratals, om inte tusentals olika produkter som kunderna kan köpa och konsumera.

Trots det stora utbudet har varje produkt en koppling tillbaka till fotosyntesen. Kött och mejeriprodukter har en koppling eftersom djuren utfodrades med växtbaserade livsmedel. Bröd, spannmål och pasta kommer till stor del från stärkelserika spannmål, som är frön från fotosyntesberoende växter. Hur är det med efterrätter och drycker? Alla dessa produkter innehåller socker – sackaros är en växtprodukt, en disackarid, en kolhydratmolekyl, som byggs upp direkt från fotosyntesen. Dessutom är många produkter mindre uppenbart härledda från växter: till exempel är pappersvaror i allmänhet växtprodukter, och många plaster (som förekommer rikligt som produkter och förpackningar) kan härledas från alger eller från olja, de fossila resterna av fotosyntetiska organismer. Nästan alla kryddor och smaksättare i kryddaffären har producerats av en växt i form av blad, rot, bark, blomma, frukt eller stjälk. I slutändan är fotosyntesen kopplad till varje måltid och varje livsmedel som en person konsumerar.

Bidraga!

Förbättra den här sidanLär dig mer