Fotosynthese.
Fotosynthese is het proces waarmee planten, algen en cyanobacteriën met behulp van zonlicht koolstofdioxide en water omzetten in suiker en zuurstof. De reactie luidt 6 CO2 + 6 H2O + lichtenergie → C6H12O6 + 6 O2. Het is de basis van vrijwel alle voedselketens en de bron van de zuurstof in de atmosfeer.
- Reactie
- 6 CO2 + 6 H2O + licht → C6H12O6 + 6 O2
- Locatie
- Chloroplasten, vooral in bladeren. De groene kleur komt van bladgroen (chlorofyl).
- Bron zuurstof
- Het H2O-molecuul. De O2 die vrijkomt is afkomstig van water, niet van CO2.
- Tegenhanger
- Cellulaire ademhaling — dezelfde stoffen, omgekeerde richting.
Wat er gebeurt
Een plant haalt koolstofdioxide uit de lucht via huidmondjes in de bladeren. Water komt via wortels en transporteert door bladnerven. In chloroplasten — kleine organellen in bladcellen — vangt bladgroen lichtenergie op. Met die energie wordt CO2 gereduceerd tot suiker (glucose), en wordt water gesplitst, waarbij O2 als bijproduct vrijkomt.
De suiker wordt in de plant verder verwerkt tot zetmeel (opslag), cellulose (celwanden) en andere bouwstoffen. Een deel wordt direct gebruikt om energie te leveren via cellulaire ademhaling. Wat overblijft, hoopt zich op als plantmateriaal: bladeren, hout, vruchten, wortels.
Licht- en donkerreacties
Het proces verloopt in twee fasen. In de lichtreacties wordt lichtenergie omgezet in chemische energie. Watermoleculen worden gesplitst (fotolyse), waarbij O2 vrijkomt. De energie wordt tijdelijk vastgelegd in ATP en NADPH.
In de donkerreacties — ook calvincyclus genoemd — wordt CO2 uit de lucht stap voor stap ingebouwd in een suikermolecuul, met de energie van ATP en NADPH. De naam "donkerreacties" is misleidend: ze hebben geen licht nodig, maar verlopen ook overdag, en hangen af van de output van de lichtreacties.
Waarom het ertoe doet
Vrijwel alle leven op aarde steunt direct of indirect op fotosynthese. Planten, algen en cyanobacteriën zijn de producenten in de voedselketen. Alle dieren — herbivoor, carnivoor, detritivoor — eten of leven van wat producenten maken. Zonder fotosynthese geen voedsel, en zonder fotosynthese ook nauwelijks vrije zuurstof in de atmosfeer.
Op de schaal van de hele planeet vormt fotosynthese de instroom van energie in de biosfeer. Zonlicht is de bron; suiker is de drager. Energie stroomt daarna lineair door het ecosysteem — van producent naar consument naar warmte. De stoffen die erbij betrokken zijn (koolstof, zuurstof, water) circuleren wel.
Verschillen tussen organismen
Niet alle planten doen aan fotosynthese op precies dezelfde manier. De meeste, waaronder bomen en gras in onze streken, gebruiken het zogenoemde C3-pad. Veel grassen uit warme klimaten — mais, suikerriet, sorghum — gebruiken een efficiëntere variant (C4). Sommige vetplanten gebruiken nog een ander pad (CAM) waarmee ze CO2 's nachts kunnen opnemen om water te besparen. Algen en cyanobacteriën hebben hun eigen varianten. De basisreactie blijft in alle gevallen gelijk.
Veelvoorkomende misverstanden
Een gangbare fout: stikstof komt niet in de fotosynthesevergelijking voor. Stikstof gebruikt de plant voor het bouwen van eiwitten en DNA, niet voor het maken van suiker. Voor het stikstofverhaal zie de stikstofkringloop.
Een tweede misverstand: planten "ademen niet". Dat klopt niet. Planten doen óók aan cellulaire ademhaling, dag en nacht. Overdag wordt dat overschaduwd door fotosynthese — er komt netto zuurstof vrij — maar 's nachts produceert een plant geen zuurstof, alleen CO2.
Beperkende factoren
De snelheid van fotosynthese hangt af van licht, CO2-concentratie, temperatuur en watervoorziening. Bij een groeiende CO2-concentratie in de atmosfeer kan fotosynthese in sommige gewassen iets sneller gaan ("CO2-bemesting"), maar dat effect wordt vaak begrensd door andere factoren — vooral water en stikstof. De relatie tussen klimaat, vegetatie en kringlopen is daardoor complex.