Hoe werkt fotosynthese?

Fotosynthese is het proces waarbij planten, onder invloed van zonlicht, water en koolstofdioxide omzetten in glucose (C6H12O6) en zuurstof.

6 CO2+6 H2OreactiepijlC6H12O6+6 O2

Planten nemen het water op uit de bodem met hun wortels. De koolstofdioxide en de zuurstof worden via huidmondjes in het blad met de lucht uitgewisseld.

De gevormde glucose wordt omgezet in andere verbindingen zoals cellulose en zetmeel. Deze verbindingen dienen als voedsel voor mens en dier of als brandstof (hout) voor de mens.

Planten vangen de voor fotosynthese benodigde lichtenergie op met chlorofyl. Deze stof zit in de plant in zogenoemde chloroplasten (ook wel bladgroenkorrels genoemd). Chlorofyl geeft bladeren hun groene kleur. Hoewel alle groene onderdelen van planten chloroplasten bevatten, wordt veruit de meeste energie opgewekt in de bladeren.

Fotosynthese vindt hoofdzakelijk plaats in de bladeren van een plant.

Niet alleen in planten vindt fotosynthese plaats. Ook in algen en bacteriën kan dit proces plaatsvinden.

De fotosynthese in detail

Fotosynthese is een ingewikkeld biochemisch proces dat via vele stappen verloopt. In feite bestaat fotosynthese uit twee delen: de lichtreactie en de donkerreactie.

Kort samengevat kan fotosynthese worden weergegeven volgens het onderstaande schema:

Schematische weergave van de fotosynthese.

Voor de eerste stap, de lichtreactie, is direct zonlicht noodzakelijk. Hierdoor ontstaan moleculen die worden gebruikt in de tweede stap, de donkerreactie. Voor de donkerreactie is geen zonlicht noodzakelijk.

Stap 1. De lichtreactie

Fotosynthese begint als zonlicht valt op een chlorofyl-molecuul. Het chlorofyl-molecuul kan de energie uit zonlicht opvangen. Hierbij komen twee elektronen vrij. Deze elektronen doorlopen vervolgens een proces dat de elektronen transportketen wordt genoemd. De elektronen transportketen bestaat uit een reeks eiwitten die achtereenvolgens optreden als reductor (geeft elektronen af) en oxidator (neemt elektronen op).

De energie van de elektronen tijdens het transport wordt gebruikt om adenosinetrifosfaat (ATP) te vormen. ATP wordt in cellen gebruikt voor de opslag van energie.

ADP+Pi+energiereactiepijlATP+H2O

Aan het einde van de elektronentransportketen worden de elektronen gebruikt voor de vorming van NADPH. NADPH is de belangrijkste reductor in cellen en levert een bron van elektronen voor diverse andere reacties.

NADP++H++2 ereactiepijlNADPH

Het tekort aan elektronen van het chlorofyl-molecuul moet uiteindelijk worden aangevuld. Hiervoor zal water optreden als reductor:

2 H2OreactiepijlO2+4 H++4 e

Deze reactie, waarbij water verdwijnt en zuurstof ontstaat, vormt de lichtreactie van de fotosynthese.

Stap 2. De donkerreactie

Tijdens de lichtreactie is de energie van het zonlicht omgezet in chemische energie en 'opgeslagen' in de moleculen ATP en NADPH. De donkerreactie gebruikt deze energie om koolstofdioxide om te zetten in glucose. Deze omzetting noemen we ook wel de Calvincyclus.

In de Calvincyclus wordt in een aantal stappen koolstofdioxide omgezet. Iedere stap in de cyclus wordt gekatalyseerd door een specifiek enzym. Het belangrijkste enzym is ribulosedifosfaatcarboxylase (rubisco). Rubisco katalyseert de eerste stap van de Calvincyclus: de reactie tussen koolstofdioxide en de stof ribulose-1,5-difosfaat.

De benodigde energie en elektronen voor de Calvincyclus worden vrijgemaakt uit ATP en NADPH:

ATP+H2OreactiepijlADP+Pi+energie

NADPHreactiepijlNADP++H++2 e

Voor de vorming van één glucosemolecuul moet de Calvincyclus zesmaal worden doorlopen. De reactie die plaatsvindt in de Calvincyclus (de omzetting van koolstofdioxide in glucose) is als volgt:

6 CO2+24 H++24 ereactiepijlC6H12O6+6 H2O

Binas en ScienceData

In Binas-tabel 69 of ScienceData tabel 13.8 vind je een overzicht van de fotosynthese en gedetailleerde illustraties over de lichtreactie en de donkerreactie.