Fotosynthese Basics - Studiegids

Leer stapsgewijs meer over fotosynthese met deze korte studiegids. Begin met de basis:

Snel overzicht van de belangrijkste concepten van fotosynthese

In planten wordt fotosynthese gebruikt om lichtenergie uit zonlicht om te zetten in chemische energie (glucose). Koolstofdioxide, water en licht worden gebruikt om glucose en zuurstof te maken.
Fotosynthese is geen enkele chemische reactie, maar eerder een reeks chemische reacties. De algemene reactie is:
6CO₂ + 6H₂O + licht → C₆H₁₂O₆ + 6O₂
De reacties van fotosynthese kunnen worden gecategoriseerd als lichtafhankelijke reacties en donkere reacties.
Chlorofyl is een sleutelmolecuul voor fotosynthese, hoewel andere cartenoïde pigmenten ook deelnemen. Er zijn vier (4) soorten chlorofyl: a, b, c en d. Hoewel we normaal denken dat planten chlorofyl hebben en fotosynthese uitvoeren, gebruiken veel micro-organismen dit molecuul, waaronder enkele prokaryotische cellen. In planten wordt chlorofyl gevonden in een speciale structuur, die een chloroplast wordt genoemd.
De reacties voor fotosynthese vinden plaats in verschillende delen van de chloroplast. De chloroplast heeft drie membranen (binnenste, buitenste, thylakoïde) en is verdeeld in drie compartimenten (stroma, thylakoïde ruimte, intermembraanruimte). Donkere reacties treden op in het stroma. Lichte reacties treden op bij de thylakoïde membranen.
Er is meer dan één vorm van fotosynthese. Bovendien zetten andere organismen energie om in voedsel met behulp van niet-fotosynthetische reacties (bijv. Lithotrofe en methanogene bacteriën)
Producten van fotosynthese

Stappen van fotosynthese

Hier is een samenvatting van de stappen die planten en andere organismen gebruiken om zonne-energie te gebruiken om chemische energie te maken:

In planten vindt fotosynthese meestal plaats in de bladeren. Dit is waar planten de grondstoffen voor fotosynthese allemaal op één handige locatie kunnen krijgen. Koolstofdioxide en zuurstof komen de bladeren binnen via de poriën die huidmondjes worden genoemd. Water wordt via een vaatstelsel aan de bladeren afgegeven vanuit de wortels. Het chlorofyl in de chloroplasten in bladcellen absorbeert zonlicht.
Het proces van fotosynthese is verdeeld in twee hoofddelen: lichtafhankelijke reacties en lichtonafhankelijke of donkere reacties. De lichtafhankelijke reactie treedt op wanneer zonne-energie wordt opgevangen om een molecule te maken met de naam ATP (adenosinetrifosfaat). De donkere reactie treedt op wanneer de ATP wordt gebruikt om glucose te maken (de Calvin-cyclus).
Chlorofyl en andere carotenoïden vormen zogenaamde antennecomplexen. Antennecomplexen brengen lichtenergie over naar een van de twee soorten fotochemische reactiecentra: P700, onderdeel van Photosystem I, of P680, onderdeel van Photosystem II. De fotochemische reactiecentra bevinden zich op het thylakoïde membraan van de chloroplast. Opgewekte elektronen worden overgebracht naar elektronenacceptoren, waardoor het reactiecentrum in een geoxideerde toestand achterblijft.
De lichtonafhankelijke reacties produceren koolhydraten met behulp van ATP en NADPH die werd gevormd uit de lichtafhankelijke reacties.

Fotosynthese Lichtreacties

Niet alle golflengten van licht worden geabsorbeerd tijdens fotosynthese. Groen, de kleur van de meeste planten, is eigenlijk de kleur die wordt weerspiegeld. Het geabsorbeerde licht splitst water in waterstof en zuurstof:

H2O + lichtenergie → ½ O2 + 2H + + 2 elektronen

Opgewonden elektronen van Photosystem Ik kan een elektrontransportketen gebruiken om geoxideerde P700 te verminderen. Hiermee wordt een protongradiënt ingesteld die ATP kan genereren. Het eindresultaat van deze luselektronenstroom, cyclische fosforylering genoemd, is het genereren van ATP en P700.
Opgewonden elektronen van Photosystem Ik zou door een andere elektrontransportketen kunnen stromen om NADPH te produceren, dat wordt gebruikt om koolhydraten te synthetiseren. Dit is een niet-cyclisch pad waarin P700 wordt gereduceerd door een uitgestoten elektron van Photosystem II.
Een geëxciteerd elektron van Photosystem II stroomt door een elektronen transportketen van geëxciteerde P680 naar de geoxideerde vorm van P700, waardoor een protongradiënt tussen het stroma en thylakoïden ontstaat die ATP genereert. Het netto resultaat van deze reactie wordt noncyclische fotofosforylering genoemd.
Water draagt het elektron bij dat nodig is om de gereduceerde P680 te regenereren. De reductie van elk molecuul NADP + tot NADPH gebruikt twee elektronen en vereist vier fotonen. Twee moleculen ATP worden gevormd.

Fotosynthese Donkere reacties

Donkere reacties vereisen geen licht, maar worden er ook niet door geremd. Voor de meeste planten vinden de donkere reacties overdag plaats. De donkere reactie vindt plaats in het stroma van de chloroplast. Deze reactie wordt koolstoffixatie of de Calvin-cyclus genoemd. In deze reactie wordt koolstofdioxide omgezet in suiker met behulp van ATP en NADPH. Koolstofdioxide wordt gecombineerd met een 5-koolstofsuiker om een 6-koolstofsuiker te vormen. De 6-koolstofsuiker wordt verdeeld in twee suikermoleculen, glucose en fructose, die kunnen worden gebruikt om sucrose te maken. De reactie vereist 72 fotonen van licht.

De efficiëntie van fotosynthese wordt beperkt door omgevingsfactoren, waaronder licht, water en koolstofdioxide. Bij warm of droog weer kunnen planten hun huidmondjes sluiten om water te besparen. Wanneer de huidmondjes gesloten zijn, kunnen de planten beginnen met fotorespiratie. Planten die C4-planten worden genoemd, handhaven hoge niveaus van koolstofdioxide in cellen die glucose aanmaken, om fotorespiratie te voorkomen. C4-planten produceren efficiënter koolhydraten dan normale C3-planten, op voorwaarde dat het koolstofdioxide beperkend is en voldoende licht beschikbaar is om de reactie te ondersteunen. Bij gematigde temperaturen wordt te veel energie op de planten gelegd om de C4-strategie de moeite waard te maken (genaamd 3 en 4 vanwege het aantal koolstofatomen in de tussenreactie). C4-planten gedijen in warme, droge klimaten

Hier zijn enkele vragen die je jezelf kunt stellen om je te helpen bepalen of je echt de basis begrijpt van hoe fotosynthese werkt.

Definieer fotosynthese.
Welke materialen zijn nodig voor fotosynthese? Wat is er geproduceerd??
Schrijf de algemene reactie voor fotosynthese.
Beschrijf wat er gebeurt tijdens de cyclische fosforylering van fotosysteem I. Hoe leidt de overdracht van elektronen tot de synthese van ATP?
Beschrijf de reacties van koolstoffixatie of de Calvin-cyclus. Welk enzym katalyseert de reactie? Wat zijn de producten van de reactie?

Voel je je klaar om jezelf te testen? Doe de fotosynthesequiz!

Wetenschap