Wat is fotosynthese bij bomen?

Wat is fotosynthese bij bomen? 

 

Fotosynthese is een fun­da­men­teel bio­lo­gisch pro­ces waar­mee plan­ten en dus ook bomen, algen en som­mi­ge bac­te­ri­ën lich­t­ener­gie omzet­ten in che­mi­sche ener­gie. Die wordt opge­sla­gen in de vorm van glu­co­se, een suiker.

Tijdens dit pro­ces wordt kool­stof­di­oxi­de (CO₂) uit de lucht en water (H₂O) voor­na­me­lijk uit de bodem opge­no­men en omge­zet in orga­ni­sche stof­fen voor de boom. Terwijl zuur­stof (O₂) als bij­pro­duct wordt vrijgegeven.

Fotosynthese is cru­ci­aal voor het leven op aar­de, aan­ge­zien het de pri­mai­re ener­gie­bron vormt voor bij­na alle eco­sys­te­men en de atmos­fe­ri­sche zuur­stof­ni­veaus reguleert.

Fotosynthese is de pri­mai­re manier waar­op name­lijk ener­gie uit de zon wordt omge­zet in che­mi­sche ener­gie. Die bij­na alle leven­de orga­nis­men ver­vol­gens gebruiken.

 

 

Waar in de boom gebeurt er over­al fotosynthese?

 

Fotosynthese vindt voor­na­me­lijk plaats in de bla­de­ren en naal­den van bomen.

Hoewel het ook kan voor­ko­men in ande­re groe­ne delen van de plant, zoals jon­ge stam­men of groe­ne twij­ge en takken.

De bla­de­ren zijn opti­maal aan­ge­past voor foto­syn­the­se dank­zij hun gro­te opper­vlak­te en de aan­we­zig­heid van chlo­ro­plas­ten in de blad­cel­len. Waar het foto­syn­the­se­pro­ces plaatsvindt.

Binnen de bla­de­ren bevin­den de chlo­ro­plas­ten zich hoofd­za­ke­lijk in de cel­len van het meso­fyl, een laag bin­nen het blad.

 

 

Hoe werkt fotosynthese?

Hoe zit het proces in elkaar?

 

Het foto­syn­the­se­pro­ces kan wor­den onder­ver­deeld in twee hoofd­fa­sen: de licht­re­ac­ties en de Calvin-cyclus (ook bekend als de don­ker­re­ac­ties, hoe­wel deze niet nood­za­ke­lij­ker­wijs in het don­ker plaatsvinden).

1. Lichtreacties:
   • Vinden plaats in de thyla­ko­ï­de­mem­bra­nen van chloroplasten.
   • Lichtenergie wordt geab­sor­beerd door chlo­ro­fyl en ande­re pig­men­ten, wat leidt tot de exci­ta­tie van elektronen.
   • Deze ener­gie wordt gebruikt om water­mo­le­cu­len (H₂O) te split­sen in zuur­stof (O₂), pro­to­nen (H⁺) en elek­tro­nen. Zuurstof wordt vrij­ge­ge­ven als bijproduct.
   • De ener­gie van de geëx­ci­teer­de elek­tro­nen wordt gebruikt om ade­no­si­ne­tri­fos­faat (ATP) te pro­du­ce­ren (ener­gie­dra­ger) en nicotinamide-adenine-dinucleotidefosfaat (NADPH) te redu­ce­ren (een reductor).
2. Calvin-cyclus:
   • Vindt plaats in het stro­ma van chlo­ro­plas­ten, het vloei­ba­re gedeel­te rond de thylakoïden.
   • Gebruikt ATP en NADPH, gepro­du­ceerd tij­dens de licht­re­ac­ties, om CO₂ uit de atmos­feer om te zet­ten in glu­co­se en ande­re orga­ni­sche stoffen.
   • De cyclus bestaat uit drie hoofd­fa­sen: kool­stof­vast­leg­ging, reduc­tie en rege­ne­ra­tie van het CO₂-accep­tor­mo­le­cuul.
   • De uit­ein­de­lij­ke out­put van de Calvin-cyclus is glu­co­se, dat wordt gebruikt als bouw­steen voor ande­re orga­ni­sche mole­cu­len of als ener­gie­bron voor cel­lu­lai­re processen.
   • Dit pro­ces ver­eist een reeks com­plexe che­mi­sche reac­ties en enzy­men en resul­teert dus in de pro­duc­tie van glu­co­se. Die ver­vol­gens kan wor­den gebruikt voor ener­gie of omge­zet kan wor­den in ande­re orga­ni­sche stof­fen zoals cel­lu­lo­se of opge­sla­gen als zetmeel.

 

 

Wat zijn de chemische reacties bij fotosynthese?

 

Fotosynthese bestaat uit een reeks com­plexe che­mi­sche reac­ties waar­bij lich­t­ener­gie wordt omge­zet in che­mi­sche ener­gie, die ver­vol­gens wordt gebruikt om kool­stof­di­oxi­de (CO₂) uit de atmos­feer om te zet­ten in glu­co­se (een sui­ker) en zuur­stof (O₂) als bij­pro­duct vrij te geven. Het alge­me­ne pro­ces kan wor­den samen­ge­vat door de vol­gen­de vergelijking:

6CO₂ + 6H₂O + lich­t­ener­gie → C₆H₁₂O₆ + 6O₂

Hierin staat:

• CO₂ voor koolstofdioxide,
• H₂O voor water,
• C₆H₁₂O₆ voor glu­co­se, en
• O₂ voor zuurstof.

Lichtreacties

De licht­re­ac­ties vin­den plaats in de thyla­ko­ï­de­mem­bra­nen van chlo­ro­plas­ten en kun­nen wor­den samen­ge­vat door de vol­gen­de stappen:

1. Absorptie van lich­t­ener­gie door chlo­ro­fyl en ande­re foto­syn­the­ti­sche pig­men­ten, wat leidt tot de exci­ta­tie van elektronen.
2. Deze hoge-energie-elektronen wor­den door een reeks van eiwit­com­plexen en elek­tro­ne­nac­cep­to­ren getrans­por­teerd in wat bekend staat als de elek­tro­nen­trans­port­ke­ten (ETK).
3. De ener­gie van de elek­tro­nen wordt gebruikt om een pro­to­nen­gra­di­ënt over het thyla­ko­ï­de­mem­braan op te bou­wen, wat de syn­the­se van ATP (ade­no­si­ne­tri­fos­faat) via ATP-synthase moge­lijk maakt.
4. Watermoleculen wor­den gesplitst in de reac­tie van fot­o­ly­se, waar­bij elek­tro­nen, pro­to­nen en zuur­stof wor­den gepro­du­ceerd. Zuurstof wordt als bij­pro­duct vrijgegeven.

De che­mi­sche reac­tie voor de licht­re­ac­ties kan wor­den weer­ge­ge­ven als: 2H₂O + 2NADP⁺ + 3ADP + 3P_i → O₂ + 2NADPH + 3ATP

Calvin-cyclus (Donkerreacties)

De Calvin-cyclus vindt plaats in het stro­ma van chlo­ro­plas­ten en omvat de fixa­tie van CO₂ in orga­ni­sche stof­fen. De cyclus kan wor­den opge­splitst in drie fasen: kool­stof­vast­leg­ging, reduc­tie en rege­ne­ra­tie van het CO₂-accep­tor­mo­le­cuul.

1. Koolstofvastlegging: CO₂ wordt opge­no­men en gecom­bi­neerd met een vijf-koolstof sui­ker, ribulose‑1,5‑bisfosfaat (RuBP), met behulp van het enzym RuBisCO, wat resul­teert in twee drie-koolstof mole­cu­len van 3‑fosfoglycerinezuur (3‑PGA).
2. Reductie: De 3‑PGA-moleculen wor­den gere­du­ceerd tot glyceraldehyde-3-fosfaat (G3P) met behulp van ATP en NADPH gepro­du­ceerd tij­dens de lichtreacties.
3. Regeneratie: Een deel van de G3P-moleculen wordt gebruikt om RuBP te rege­ne­re­ren, waar­door de cyclus kan doorgaan.

De ver­een­vou­dig­de alge­me­ne reac­tie voor de Calvin-cyclus kan wor­den weer­ge­ge­ven als: 3CO₂ + 9ATP + 6NADPH + 6H₂O → C₃H5O₃P + 9ADP + 8P_i + 6NADP⁺

Hierin staat C3H5O3P voor glyceraldehyde-3-fosfaat (G3P), een drie-koolstof sui­ker. Merk op dat voor elke draai van de cyclus meer­de­re CO₂-mole­cu­len moe­ten wor­den gefixeerd, en dat de vol­le­di­ge syn­the­se van één glu­co­se­mo­le­cuul meer­de­re cycli ver­eist, waar­bij G3P de bouw­steen is.

Deze ver­ge­lij­kin­gen en beschrij­vin­gen ver­een­vou­di­gen een zeer com­plex pro­ces dat wordt beïn­vloed door vele fac­to­ren, waar­on­der licht­in­ten­si­teit, tem­pe­ra­tuur en waterbeschikbaarheid.

 

 

Wat is het belang van fotosynthese bij bomen?

 

Fotosynthese voor­ziet bomen van de nood­za­ke­lij­ke ener­gie en orga­ni­sche stof­fen voor groei, ont­wik­ke­ling en repa­ra­tie. Ook voor­ziet foto­syn­the­se in zuur­stof voor onze planeet.

• Het is de pri­mai­re rou­te waar­mee kool­stof uit de atmos­feer wordt vast­ge­legd, wat bij­draagt aan de ver­min­de­ring van het broei­kas­ef­fect en klimaatverandering.
• Fotosynthese is van cru­ci­aal belang voor de ener­gie­voor­zie­ning van de boom en voor de opbouw van biomassa.
• Het is ook een sleu­tel­pro­ces in de kool­stof­cy­clus, waar­bij bomen kool­stof­di­oxi­de uit de atmos­feer opne­men, wat bij­draagt aan de ver­min­de­ring van het broeikaseffect.
• De zuur­stof die tij­dens het foto­syn­the­se­pro­ces wordt gepro­du­ceerd, is essen­ti­eel voor het onder­steu­nen van het leven op aar­de, inclu­sief de adem­ha­ling van die­ren en mensen.

Fotosynthese is dus een com­plex maar uiterst belang­rijk pro­ces dat de basis vormt voor het leven op aar­de. Inclusief de groei en ont­wik­ke­ling van bomen en de pro­duc­tie van zuur­stof die nodig is voor het leven.

Fotosynthese is een vitaal pro­ces voor bomen en dus het bre­de­re eco­sys­teem. Het draagt bij aan een ver­be­ter­de lucht­kwa­li­teit en regu­leert mee de kool­stof­cy­clus op aarde.