Fotosynthese: wat het is en hoe het ontstaat

Fotosynthese is een proces waarbij lichtenergie wordt omgezet in chemische energie, uitgevoerd door planten, algen en cyanobacteriën

Fotosynthese

Bewerkte en verkleinde afbeelding van Samuel Austin, beschikbaar op Unsplash

Het woord fotosynthese betekent synthese door licht en verwijst naar een van de belangrijkste biologische processen op aarde. Door zuurstof af te geven en koolstofdioxide te consumeren, heeft fotosynthese de wereld getransformeerd in de bewoonbare omgeving die we vandaag kennen. Bovendien is het proces de primaire energiebron voor alle levende wezens.

De Nederlandse natuurkundige Jan Ingenhousz ontdekte in 1779 als eerste dat planten zuurstof produceerden in aanwezigheid van zonlicht en werd beschouwd als de ontdekker van fotosynthese. In 1782 voegde Jean Senebier eraan toe dat fotosynthese naast zonlicht ook kooldioxide gebruikt. In 1818 bedachten Maria Pelletier en Joseph Caventou de term "chlorofyl" om te verwijzen naar het groene pigment en voorzien van fotoreceptor-enzymen die fotosynthese mogelijk maken.

Wat is fotosynthese

Fotosynthese kan worden gedefinieerd als een proces waarbij lichtenergie wordt omgezet in chemische energie. Het wordt uitgevoerd door planten, algen en cyanobacteriën, die worden geclassificeerd als autotrofe en fotosynthetische organismen omdat ze in staat zijn om hun eigen voedsel te produceren uit licht.

Het belang van fotosynthese

De zuurstof die door fotosynthetische organismen wordt geproduceerd, is van fundamenteel belang voor het behoud van het leven op de planeet zoals wij die kennen. Bovendien hebben de producten die door fotosynthese worden gegenereerd, de materiële geschiedenis van de mensheid gevormd, aangezien ze hebben geleid tot hulpbronnen zoals olie, aardgas, cellulose, steenkool en brandhout. Deze hulpbronnen bestaan ​​als gevolg van de omzetting van zonlicht in energiereserves (fotosynthese), gevolgd door andere geologische en technologische processen.

Fotosynthese vergelijking

Fotosynthese is een lang en complex proces dat in het algemeen kan worden samengevat met de volgende vergelijking:

  • 6CO2 + 12H2O + licht → C6 H12O6 + 6 O2 + 6 H2O

Waar fotosynthese plaatsvindt

In planten en algen vindt fotosynthese plaats in chloroplasten. Bij cyanobacteriën wordt het uitgevoerd naast vliezige lamellen die aanwezig zijn in het vloeibare deel van het cytoplasma.

Chloroplast is een organel met een buitenmembraan en een binnenmembraan. Het interieur heeft vliezige lamellen, verbonden met kleine zakken die thylacoïden worden genoemd. De interne ruimte wordt gevuld door het stroma, een stroperige vloeistof die DNA, ribosomen en enzymen bevat die helpen bij het proces van fotosynthese. Het is in deze thylacoïden en dekglaasjes dat chlorofyl wordt gevonden.

Fotosynthese stappen

Fotosynthese kan worden onderverdeeld in twee fasen: de fotochemische fase en de chemische fase.

De fotochemische fase treedt alleen op in aanwezigheid van licht en komt voor in de thylacoïden en vliezige lamellen. De belangrijkste functie is om lichtenergie om te zetten in chemische energie. Het bestaat uit twee hoofdprocessen: waterfotolyse en fotofosforylering.

De chemische fase is niet afhankelijk van licht en wordt uitgevoerd in een ander deel van de chloroplast, het stroma. Daarin voegen de producten uit de vorige fase, fotochemie, atmosferische CO2 samen om glucose, water en zetmeel te produceren, in de zogenaamde Calvin-Benson-cyclus.

Fotochemische fase

Fotolyse van water

Waterfotolyse is de eerste fase van fotosynthese en is het moment waarop de ontvangen lichtenergie de afbraak van watermoleculen bevordert, waardoor zuurstofgas, elektronen en H + worden gegenereerd. Gasvormige zuurstof komt vrij in de atmosfeer, terwijl vrije waterstofmoleculen (H +) worden aangetrokken door een verbinding genaamd NADP +, waardoor NADPH ontstaat, dat in de chemische fase zal worden gebruikt voor de constructie van glucosemoleculen.

Deze stap wordt weergegeven door de formules:
  • H2O ⇾ 2H + + 2 elektronen + ½ O2
  • NADP + + H + ⇾ NADPH

Fotofosforylering

Het is in fotofosforylering dat de vorming van ATP plaatsvindt, van de toevoeging van een anorganisch fosfaat (Pi) aan een molecuul ADP (adenosinedifosfaat), met behulp van lichtenergie. ATP-moleculen zijn de belangrijkste vorm van chemische energie die door levende wezens wordt gesynthetiseerd. Deze fase van fotofosforylering vindt plaats parallel met de fotolyse van water en elk van hen genereert producten die zullen worden gebruikt in de volgende fase van fotosynthese.

Deze stap wordt weergegeven door de formule: ADP + Pi ⇾ ATP

Chemische fase

De laatste fase van fotosynthese, het is in de chemische fase dat kooldioxide uit de omgeving of cellulaire ademhaling van de plant wordt gebruikt en twee verbindingen die in de vorige fase zijn gegenereerd, worden gebruikt: ATP en NADPH. In dit stadium vindt de zogenaamde Calvin-Benson-cyclus plaats, een opeenvolging van reacties die glucose, water en zetmeel genereert.

Gevolgtrekking

Fotosynthese is het resultaat van het samenvoegen van de twee hierboven beschreven fasen, de fotochemische fase en de chemische fase. Alle vormen van leven op aarde zijn op de een of andere manier afhankelijk van de producten die door fotosynthese worden gegenereerd: zuurstof en glucose. Bovendien is fotosynthese essentieel voor het evenwicht van de atmosferische samenstelling.