TAAK 4
1 Wat is de functie van fotosynthese?
Fotosynthese – De omzetting van lichtenergie in chemische energie die wordt opgeslagen in
suikers of andere organische verbindingen; vindt plaats bij planten, algen en bepaalde
prokaryoten. Fotosynthese voedt bijna de hele levende wereld direct of indirect (denk aan
heterotroof en autotroof).
De functie van fotosynthese is dus eigenlijk om zonne-energie om te zetten in chemische
energie die wordt opgeslagen in de vorm van glucose.
Glucose, dat wordt geproduceerd tijdens fotosynthese, dient als energiebron voor de plant
zelf en voor organismen die het consumeren, waardoor het een fundamenteel proces is
voor het voeden van het leven op aarde. Daarnaast zorgt fotosynthese voor het handhaven
van een stabiele atmosferische samenstelling door het absorberen van kooldioxide, een
broeikasgas, uit de atmosfeer.
2 Hoe werkt fotosynthese?
Dat sommige organisme licht energie kunnen gebruiken voor het aandrijven van de
synthese (samenstellen) van organische verbindingen komt door fotosynthetische enzymen
en andere moleculen. Deze zijn samen gegroepeerd als gespecialiseerde moleculaire
complexen in een biologisch membraan, wat ervoor zorgt dat de opvolging aan chemische
reacties die nodig zijn goed verlopen. Ingevouwen fotosynthetische membranen (met zulke
moleculen en enzymen) functioneren ongeveer hetzelfde als de in de inwendige
membranen van de chloroplast. Chloroplast is een organel dat gevonden wordt bij planten
en fotosynthetiserende protisten; het absorbeert zonlicht en gebruikt het voor de
aandrijving van de synthese van organische verbindingen uit koolstofdioxide (CO2) en water
(H2O).
Chloroplasten, de plek waar de fotosynthese gebeurt:
Alle groene delen van een plant, inclusief de groene stengels en onrijp fruit, hebben
chloroplasten. Maar de bladeren is de plek waar de meeste chloroplasten aanwezig zijn.
Chloroplasten worden vooral gevonden in de cel van de mesofyl, in het plaatje is te zien dat
het mesofyl het weefsel is in het interieur van een blad. Als je op het weefsel inzoomt zie je
de mesofylcellen. De mesofylcellen zijn bladcellen die gespecialiseerd zijn voor
fotosynthese. CO2 komt het blad binnen en O2 gaat het blad uit via huidmondjes.
Huidmondjes zijn microscopische poriën omgeven door sluitcellen in de epidermis van
bladeren en stelen die gaswisseling tussen de omgeving en het inwendige van de plant
mogelijk maakt. Water dat geabsorbeerd wordt door de wortels naar boven in de bladeren
getransporteerd door de vaten (het xyleem in dit geval). De bladeren gebruiken vaten
(floëem) om suikers te exporteren naar de wortels en andere nonfotosynthetische delen
van de plant (hier wordt later meer uitleg over gegeven).
,Een mesofylcel heeft ongeveer 30-40 chloroplasten. Een chloroplast heeft twee membranen
die een dichte vloeistof omgeven, de stroma. Binnen in de stroma is een derde membraan
systeem bestaande uit afgevlakte zakjes, de thylakoiden. De stroma is dus de dichte
vloeistof binnen de chloroplast dat het thylakoide membraan omgeeft en ribosomen en
DNA bevat. De thylakoiden scheiden de stroma van de thylakoide ruimte die in deze zakjes
(van de thylakoiden dus) zitten. Op sommige plekken zitten de thylakoide zakken
membraangebonden opgestapeld, dat heet dan een granum (meervoud grana). Grana
functioneren in de lichtreacties van de fotosynthese. Chlorofyl is een groen pigment dat zich
in de thylakoide membranen in de chloroplasten van planten en algen bevindt, wat dus ook
voor de groene kleur zorgt. Het is de licht energie geabsorbeerd door chlorofyl dat de
synthese van organische moleculen in de chloroplast aandrijft.
,Atomen bij fotosynthese:
Chemische reactie: 6CO2 + 12H2O + lichtenergie -> C6H12O6 + 6O2 + 6H2O.
Er wordt glucose (C6H12O6) gebruikt om de relatie tussen fotosynthese en respiratie te
versimpelen, maar het directe product van fotosynthese is eigen suiker van drie
koolstofatomen, die gebruikt kan worden om glucose te maken.
De twee fases van fotosynthese in het kort.
Fotosynthese is eigenlijk niet maar een proces, maar twee, waarvan elk meerdere stappen
heeft.
De twee fases van fotosynthese zijn de lichtreacties (het ‘foto’ deel van fotosynthese) en de
Calvin cyclus (het ‘synthese’ deel van fotosynthese)
Lichtreactie:
De lichtreacties is de eerste van de twee hoofdfase. Deze reacties, die plaatsvinden op de
thylakoidmembranen van de chloroplast, zetten zonne-energie om in de chemische energie
van ATP en NADPH, waarbij zuurstof afgegeven wordt. Water wordt gescheiden, wat voor
een bron aan elektronen en protonen zorgt (H+) en O2 als zij-product. Licht dat
geabsorbeerd wordt door chlorofyl zorgt voor de aandrijving van de elektronen en H+ ionen
naar een ontvanger genaamd NADP+, waar deze tijdelijk worden opgeslagen. De
lichtreacties gebruiken zonne-energie om NADP+ tot NADPH te reduceren (toevoegen van
elektronen aan een molecuul) door een paar elektronen toe te voegen samen met een H+.
De lichtreacties produceren ook ATP.
Dus licht energie wordt omgezet tot chemische energie in de vorm van twee verbindingen:
NADPH en ATP.
NADPH – een bron van elektronen, die zich gedraagt als een ‘reducerende kracht’
Let wel op dat de lichtreactie dus niet zorgt voor de productie van suiker, dat gebeurt in de
Calvincyclus.
, Calvin cyclus:
Calvin cyclus is de tweede van de twee fases en heeft betrekking op fixatie van CO2 uit de
atmosfeer en reductie van gefixeerde koolstof in koolhydraat:
De Calvincyclus begint met het opnemen van CO2 in de organische moleculen die al
aanwezig zijn in de chloroplast. Dit is koolstoffixatie, de vastlegging van koolstof van CO2 in
een organische verbinding. De Calvin cyclus reduceert dan de gefixeerde koolstof tot
koolhydraat door het toevoegen van elektronen. De reducerende kracht wordt geleverd
dankzij NADPH, die zijn bron van elektronen heeft gekregen tijdens de lichtreacties. Om CO2
om te zetten tot koolhydraten heeft de Calvin cyclus ook de chemische energie in de vorm
van ATP nodig, die ook wordt geproduceerd tijdens de lichtreacties.
Dus de Calvincyclus maakt de suikers, maar dat kan het alleen doen met behulp van NADPH
en ATP die geproduceerd worden door de lichtreacties. De stappen van de Calvincyclus
heten ook wel de donkere reacties, of de licht onafhankelijke reacties omdat geen van de
stappen licht direct nodig hebben. Maar de Calvin cyclus komt bij de meeste planten alsnog
tijdens daglicht voor, want alleen dan kunnen de lichtreacties zorgen voor NADPH en ATP
dat de Calvincyclus nodig heeft.
In principe gebruikt de chloroplast de licht energie om suiker te maken, door het
coördineren van de twee fases van fotosynthese.
Onderstaand plaatje geeft een overzicht van fotosynthese: de samenwerking van de
lichtreacties en de Calvin Cyclus.
In de chloroplast zijn de thylakoide membranen (groen) de plekken van de lichtreacties. Aan
de buitenkant van de thylakoiden, tijdens de lichtreacties, pakken de moleculen van NADP+
en ADP elektronen en fosfaat op. Dit leidt dus tot NADPH en ATP, die in de stroma
terechtkomen. De Calvin cyclus komt voor in de stroma (grijs). De lichtreacties gebruiken
zonne-energie om ATP en NADPH te maken, die zorgen voor chemische energie en
reducerende kracht die de Calvin cyclus weer kan gebruiken. De Calvin cyclus neemt CO2 op
in organische moleculen, die worden omgezet tot suiker.
