DE fotosynthese is een fotochemisch proces dat bestaat uit de productie van energie door zonlicht en koolstoffixatie uit de atmosfeer.
Het kan worden samengevat als het proces van het omzetten van lichtenergie in chemische energie. De voorwaarde fotosynthese heeft als betekenis synthese door licht.
Fotosyntheseproces
Fotosynthese is een proces dat plaatsvindt in de plantencel, uit CO2 (kooldioxide) en H2O (water), als een manier om glucose te produceren.
Planten, algen, cyanobacteriën en sommige bacteriën voeren fotosynthese uit en worden chlorofylwezens genoemd, omdat ze een essentieel pigment voor het proces hebben, chlorofyl.
Fotosynthese vindt plaats in chloroplasten, een organel dat alleen in plantencellen aanwezig is, en waar het pigment chlorofyl, verantwoordelijk voor de groene kleur van planten, wordt gevonden.
Pigmenten kunnen worden gedefinieerd als elk type stof dat licht kan absorberen. Chlorofyl is het belangrijkste pigment in planten voor de opname van fotonenenergie tijdens fotosynthese. Andere pigmenten nemen ook deel aan het proces, zoals carotenoïden en phycobilins.
Geabsorbeerd zonlicht heeft twee basisfuncties in het fotosyntheseproces:
- Stimuleer de elektronenoverdracht via verbindingen die elektronen doneren en accepteren.
- Genereer een protongradiënt die nodig is voor de synthese van ATP (Adenosine Trifosfaat - energie).
Lees ook over plantendelen.
fotosynthese vergelijking
Samenvattend kunnen we het fotosyntheseproces verduidelijken door de volgende reactie:
H2O en CO2 zijn de stoffen die nodig zijn om fotosynthese uit te voeren. Chlorofylmoleculen absorberen zonlicht en breken H. af2O, O. loslaten2 en waterstof. Waterstof voegt zich bij CO2 en vormt glucose.
Dit proces resulteert in de algemene fotosynthesevergelijking, die een oxidatie-reductiereactie vertegenwoordigt. H2O doneert elektronen, zoals waterstof, om CO. te verminderen2 om koolhydraten te vormen in de vorm van glucose (C6H12O6).
Het fotosyntheseproces is echter gedetailleerder en vindt plaats in twee fasen, zoals we hieronder zullen zien.
Fotosynthese stappen
Fotosynthese is verdeeld in twee fasen: de lichte fase en de donkere fase.
lichte fase
De heldere, fotochemische of lichtgevende fase, zoals de naam het definieert, zijn reacties die alleen plaatsvinden in aanwezigheid van licht en plaatsvinden in de lamellen van de thylakoïden van de chloroplast.
De absorptie van zonlicht en de overdracht van elektronen vindt plaats via fotosystemen, dit zijn sets van eiwitten, pigmenten en elektronentransporters, die een structuur vormen in de thylakoïde membranen van de chloroplast.
Er zijn twee soorten fotosystemen, elk met ongeveer 300 chlorofylmoleculen:
- Fotosysteem I: Bevat een P-reactiecentrum700 en absorbeert bij voorkeur licht met een golflengte van 700 nm.
- Fotosysteem II: Bevat een P-reactiecentrum680 en absorbeert licht bij voorkeur met een golflengte van 680 nm.
De twee fotosystemen zijn verbonden door een elektronentransportketen en werken onafhankelijk maar complementair.
In deze fase vinden twee belangrijke processen plaats: fotofosforylering en fotolyse van water.
Fotofosforylering
Fotofosforylering is in feite de toevoeging van een P (fosfor) aan ADP (Adenosinedifosfaat), wat resulteert in de vorming van ATP.
Op het moment dat een foton van licht wordt opgevangen door de antennemoleculen van de fotosystemen, wordt zijn energie overgebracht naar de reactiecentra, waar chlorofyl wordt gevonden. Wanneer het foton het chlorofyl raakt, wordt het geactiveerd en geeft het elektronen vrij die door verschillende acceptoren zijn gegaan en samen met H zijn gevormd2O, ATP en NADPH.
Fotofosforylering kan van twee soorten zijn:
- acyclische fotofosforylering: De elektronen die vrijkomen bij chlorofyl keren daar niet naar terug, maar naar het andere fotosysteem. Produceert ATP en NADPH.
- Cyclische fotofosforylering: De elektronen keren terug naar hetzelfde chlorofyl dat ze heeft afgegeven. Vorm alleen ATP.
water fotolyse water
De fotolyse van water bestaat uit het afbreken van het watermolecuul door de energie van zonlicht. De elektronen die daarbij vrijkomen, worden gebruikt om de elektronen te vervangen die door chlorofyl in fotosysteem II verloren zijn gegaan en om de zuurstof te produceren die we inademen.
De algemene vergelijking van fotolyse of Hill-reactie wordt als volgt beschreven:
Het watermolecuul is dus de ultieme elektronendonor. De gevormde ATP en NADPH worden gebruikt voor de synthese van koolhydraten uit CO2. Dit zal echter gebeuren in de volgende stap, de donkere fase.
donkere fase
De donkere fase, pentosecyclus of Calvin-cyclus kan optreden in de afwezigheid en aanwezigheid van licht en gebeurt in het chloroplast-stroma. Tijdens deze fase wordt glucose gevormd uit CO2. Dus terwijl de lichte fase energie levert, vindt in de donkere fase koolstoffixatie plaats.
Bekijk een samenvatting van hoe de Calvin-cyclus plaatsvindt:
1. Koolstoffixatie
- Bij elke draai van de cyclus, een CO-molecuul2 is toegevoegd. Er zijn echter zes volledige omwentelingen nodig om twee moleculen glyceraldehyde 3-fosfaat en één glucosemolecuul te produceren.
- Zes moleculen ribulosedifosfaat (RuDP), met vijf koolstoffen, binden aan zes moleculen CO2, produceren 12 moleculen fosfoglycerinezuur (PGA), met drie koolstofatomen.
2. Productie van organische verbindingen
- De 12 moleculen fosfoglycerinezuur (PGAL) worden gereduceerd tot 12 moleculen fosfoglycerinezuur.
3. Regeneratie van difosfaatribulose
- Van de 12 moleculen fosfoglycerinealdehyde combineren 10 met elkaar om 6 moleculen RuDP te vormen.
- De twee resterende fosfoglycerinealdehyde-moleculen dienen om de synthese van zetmeel en andere cellulaire componenten te initiëren.
De glucose die aan het einde van de fotosynthese wordt geproduceerd, wordt afgebroken en de vrijgekomen energie zorgt ervoor dat het celmetabolisme plaatsvindt. Het proces van het afbreken van glucose is de cellulaire ademhaling.
Belang van fotosynthese
Fotosynthese is het basisproces van het transformeren van energie in de biosfeer. Het ondersteunt de basis van de voedselketen, waarin de voeding van organische stoffen die door groene planten worden geleverd, voedsel zal produceren voor heterotrofe wezens.
Fotosynthese heeft dus zijn belang op basis van drie hoofdfactoren:
- Bevordert de afvang van CO2 atmosferisch;
- Voert de vernieuwing van de O. uit2 atmosferisch;
- Het drijft de stroom van materie en energie in ecosystemen aan.
Fotosynthese en chemosynthesesyn
In tegenstelling tot fotosynthese waarvoor licht nodig is, chemosynthese gebeurt bij afwezigheid van licht. Het bestaat uit de productie van organisch materiaal uit minerale stoffen.
Het is in feite een proces in twee stappen dat alleen door autotrofe bacteriën wordt uitgevoerd om energie te verkrijgen. In de eerste stap worden anorganische stoffen geoxideerd en in de tweede stap ondergaat koolstofdioxide een reductie, wat leidt tot de productie van organische verbindingen.
1e stap: anorganische verbinding + O2 → Geoxideerde anorganische verbindingen + chemische energie
2e trap: CO2 + H2O + Chemische Energie → Organische verbindingen + O2
Lees meer, lees ook:
- koolstof cyclus
- zuurstofcyclus
- Plantkunde: de studie van planten