Het wonder van de fotosynthese

Een plant kan op een bijzondere wijze met behulp van zonlicht uit koolstofdioxide en water, suiker (glucose) maken. Het geheel van reacties die in de plant voorkomt, wordt wel fotosynthese genoemd en is voor al het leven op aarde een zeer belangrijk proces. Hoe dit precies in zijn werk gaat lees je hier onder in een vereenvoudigde vorm.

De plant

Alleen planten (en sommige bacteriën) kunnen uit koolstofdioxide, water en lichtenergie glucose (C6H12O6) maken. Dit bijzondere proces zorgt er voor dat mensen en dieren kunnen leven, namelijk van de energie van de planten. Een plant wordt wel een autotroof organisme genoemd. Dit betekent dat zij zich van hun eigen energie voorzien en dat zij geen andere organismen nodig hebben om te kunnen voortleven. Mensen en de meeste andere organismen daarentegen leven van de energie van andere organismen, zij zijn heterotroof. Heterotrofen kunnen zelf geen glucose maken en daarom moeten zij de suikers uit planten opnemen. Het lichaam kan deze suikers uit het voedsel (de plant) filteren en deze gebruiken om te overleven.

De plant bezit in zijn bladeren de zogenaamde bladgroenkorrels, ook wel chloroplasten genoemd. Deze korrels vangen het zonlicht op en zorgen voor de fotosynthese in de plant. Binnen in de bladgroenkorrels bevinden zich de thylakoïden, waarin het fotosyntheseproces plaatsvindt. Met name het bladgroen, het chlorofyl, in het membraan van de thylakoïden zorgt voor het opvangen van zonlicht.

Brandstoffen

De vorming van glucose kan alleen worden bewerkstelligd door gebruik te maken van de juiste brandstoffen. De plant heeft water en koolstofdioxide nodig om, samen met lichtenergie, glucose te maken. Het water wordt door de wortels van de plant opgenomen en gaat via de houtvaten naar de bladeren van de plant. Tussen de cellen verdampt het water en wordt in de bladeren verder gebruikt. In de bladeren bevinden zich aan de onderkant de huidmondjes. Overdag staan deze cellen open en nemen koolstofdioxide op uit de lucht. Binnen in de plant wordt dit gas naar de bladgroenkorrels gevoerd en daar verder gebruikt. De huidmondjes laten af en toe ook water door en geeft dit in gas vorm af aan de lucht.

Proces en eindproduct

Nu de brandstoffen aanwezig zijn, kan het fotosyntheseproces beginnen. Binnen de bladgroenkorrels spelen zich twee belangrijke soorten reacties af. Eerst komen we de lichtreactie tegen. Deze vindt plaats in de membranen van de thylakoïden, waar zich een ingewikkeld proces afspeelt van moleculen en elektronen. In het kort komt het er op neer dat als het zonlicht op een thylakoïde valt, hier elektronen vrijkomen. Deze moeten weer worden aangevuld door elektronen uit de brandstof water. Water wordt gesplitst in waterstofionen (H+) en in zuurstofionen (O2). De zuurstof wordt niet meer gebruikt en wordt via de huidmondjes uitgescheiden.

De vrijgemaakte waterstofionen worden tegen de concentratie in naar de binnenkant van het membraan van de thylakoïde gepompt. Door een ingewikkeld systeem worden de ionen naar een ander energieniveau gebracht. Nu kunnen eiwitten in de membranen van de thylakoïden met de al eerder vrijgemaakte elektronen van NADP, NADPH2 maken. Daarnaast bevat het membraan van de thylakoïden de verbinding ADP. Door gebruik te maken van de H+-ionen kan de plant van ADP de energierijke verbinding ATP maken.

De producten die in de lichtreactie zijn ontstaan zijn dus nu NADPH2 en ATP. Deze producten worden buiten de thylakoïden gedumpt en daar verder bewerkt, we hebben namelijk nog steeds geen glucose. Deze tweede reactie wordt de donkerreactie of de Calvincyclus genoemd. De naam is zo gekozen, omdat de lichtreactie enkel bij licht kan plaats vinden, de donkerreactie bij licht en donker. In de donkerreactie worden de energie in ATP en de H+-ionen uit NADPH2 gebruikt om samen met koolstofdioxide glucose te vormen. Hierbij ontstaan weer ADP en NADP moleculen, welke weer kunnen worden gebruikt bij de lichtreactie. De Calvincyclus moet zes keer doorlopen worden om één molecuul glucose te kunnen vormen. Door een reeks van reacties binnen de bladgroenkorrel weet de plant dus uiteindelijk glucose te vormen. In werkelijkheid zit de vorming van glucose veel ingewikkelder in elkaar, om het echter niet te ingewikkeld te maken, houd ik het hier simpel.

Zoals al eerder is gebleken, ontstaat tijdens het proces O2 oftewel zuurstof. Dit wordt door de plant als afvalstof gezien en dus uitgescheiden. Deze stof is voor al het leven op aarde echter zeer belangrijk en wij kunnen daarom ook niet leven zonder planten. Echter zorgen de planten ook nog voor glucose, wat wij ook hard nodig hebben. We kunnen glucose alleen niet in zijn huidige vorm gebruiken. De plant maakt gelukkig van glucose en fructose een sacharose molecuul. Dit soort suiker kunnen wij wel in ons verteringsstelsel opnemen en in ons lichaam verder gebruiken om daar zelf energie uit te putten. Het fotosyntheseproces is dus één van de belangrijkste processen op aarde, we kunnen nou eenmaal niet zonder!

Samengevat

Een autotroof organisme kan door middel van lichtenergie uit koolstofdioxide en water glucose maken. Dit gebeurt in de bladgroenkorrels van een plant. Hierin bevinden zich de thylakoïden, welke het zonlicht opvangen. Het proces begint met de lichtreactie in de membranen van de thylakoïden. Hierbij ontstaan de producten NADPH2 en ATP door een ingewikkeld proces van elektronen en moleculen. De NADPH2 en ATP worden buiten het membraan van de thylakoïde gezet en daar vindt de donkerreactie plaats. Hier wordt de energie uit NADPH2 en ATP gebruikt om samen met koolstofdioxide glucose te vormen. Als de glucose klaar is, zet de plant hier vaak een fructose molecuul aanvast. Hierdoor ontstaat sacharose, wat wij, maar ook dieren, in ons lichaam als brandstof kunnen gebruiken. Daarnaast ontstaat tijdens de lichtreactie zuurstof. Dit wordt uitgescheiden door de plant en kunnen wij ook weer goed gebruiken. Zo vormt het proces van fotosynthese de basis voor ons leven!