Definitie
Fotosynthese — letterlijk "samenstelling met licht" — is de tegenhanger van celademhaling. Waar dieren glucose afbreken om energie te krijgen, bouwen planten en algen glucose juist op. Daarvoor gebruiken zij twee eenvoudige grondstoffen — koolstofdioxide uit de lucht en water uit de bodem — en één energiebron: zonlicht.
Fotosynthese is de chemische reactie waarbij lichtenergie wordt vastgelegd in suiker (glucose) en zuurstof als bijproduct vrijkomt.
Het proces vindt plaats in chloroplasten, kleine groene celorganellen die alleen in plant- en algencellen zitten. Een enkele bladcel kan tientallen chloroplasten bevatten. Het groene pigment chlorofyl in de chloroplast absorbeert de lichtenergie die de hele reactie aandrijft.
De reactievergelijking
De netto reactie van fotosynthese is:
- CO₂
- koolstofdioxide uit de lucht
- H₂O
- water, opgenomen via de wortels
- C₆H₁₂O₆
- glucose (een suiker) — de chemische opslag van de energie
- O₂
- zuurstof, als bijproduct uit het water
Eenvoudig gezegd: zes moleculen koolstofdioxide plus zes moleculen water leveren met behulp van lichtenergie één molecuul glucose en zes moleculen zuurstof. De koolstofatomen uit CO₂ worden samen geregen tot een keten van zes; de zuurstof die we inademen komt uit het gesplitste water, niet uit het CO₂. Dat laatste is een belangrijk inzicht dat pas in de twintigste eeuw is aangetoond.
De twee fases
De fotosynthese verloopt in twee aaneengeschakelde fases:
1. De lichtfase
Lichtenergie wordt opgevangen door chlorofyl in de thylakoidmembranen van de chloroplast. De energie splitst watermoleculen in zuurstof, waterstof en elektronen. De zuurstof verdwijnt naar de buitenlucht; de elektronen worden langs een transportketen gestuurd en leveren energie waarmee de cel twee energiedragers maakt: ATP en NADPH.
2. De donkerfase (Calvincyclus)
Met de ATP en NADPH uit de lichtfase wordt CO₂ omgezet in glucose. Deze stap heet de Calvincyclus, naar Melvin Calvin die hem in de jaren 1950 in kaart bracht. Hoewel ze "donkerfase" heet, kan ze ook overdag plaatsvinden — de naam zegt alleen dat licht er niet direct bij nodig is.
Pigmenten in de plant
Hoewel chlorofyl het bekendste pigment is, heeft een plant er meer. Elk pigment vangt een andere golflengte van licht en geeft de rest door.
| Pigment | Kleur | Absorptie | Voorbeeld |
|---|---|---|---|
| Chlorofyl a | Blauwgroen | Rood en blauw | Alle planten en algen |
| Chlorofyl b | Geelgroen | Rood en blauw | Planten, groene algen |
| Carotenen | Oranje | Blauw en groen | Wortel, pompoen |
| Xanthofyllen | Geel | Blauw | Mais, herfstbladeren |
| Fycobilinen | Rood/blauw | Groen en geel | Cyanobacteriën, roodwieren |
De groene kleur van bladeren komt doordat chlorofyl groen licht juist niet opneemt en het terugkaatst. Bij herfstverkleuring breken de chlorofylmoleculen af; dan worden de oranje en gele pigmenten zichtbaar die de hele zomer al in het blad zaten.
Waarom fotosynthese cruciaal is
- Zuurstof. Vrijwel alle zuurstof in onze atmosfeer is afkomstig van fotosynthese — eerst door cyanobacteriën (de "grote zuurstofcatastrofe" ongeveer 2,4 miljard jaar geleden), later door planten en algen.
- Voedselketen. Planten zijn primair producenten. Alle dierlijk leven hangt direct of indirect af van de glucose die door fotosynthese ontstaat.
- Koolstofopslag. Bossen en oceanen halen jaarlijks miljarden tonnen CO₂ uit de atmosfeer en leggen de koolstof vast in plantmateriaal. Dat is een centrale factor in het wereldwijde klimaat.
- Fossiele brandstoffen. Steenkool, aardolie en aardgas zijn restanten van plantaardig en algeel materiaal van honderden miljoenen jaren geleden — opgeslagen zonne-energie via fotosynthese.
Veelgemaakte misverstanden
- "Planten ademen niet." Onjuist. Planten doen óók aan celademhaling — dag en nacht. Overdag is de fotosynthese veel sterker, waardoor netto zuurstof wordt afgegeven; 's nachts blijft alleen de ademhaling over en nemen ze netto zuurstof op.
- "Bladeren zijn groen omdat ze groen licht gebruiken." Precies omgekeerd: bladeren zijn groen omdat ze juist groen licht terugkaatsen en het minder gebruiken dan rood en blauw.
- "De zuurstof die we inademen komt uit CO₂." De O₂ uit fotosynthese komt uit watermoleculen, niet uit het koolstofdioxide.
- "Donkerfase betekent in het donker." Niet noodzakelijk. De Calvincyclus heet zo omdat hij licht niet direct nodig heeft, maar hij gebeurt vooral overdag wanneer de lichtfase de benodigde ATP en NADPH levert.
Verwante begrippen
- Fotosynthese (begrippenlijst) — korte definitie
- Cel — bouwsteen waarbinnen het gebeurt
- Mitose en meiose — ander cruciaal celproces
- Klimaat — fotosynthese als koolstofput
- Chemische reacties — fotosynthese als reactietype
Veelgestelde vragen
Wat is fotosynthese precies?
Fotosynthese is het proces waarbij planten, algen en sommige bacteriën licht omzetten in chemische energie. Met behulp van koolstofdioxide, water en lichtenergie maken zij glucose en geven daarbij zuurstof af. Het is de basisreactie van het leven op Aarde.
Wat is de reactievergelijking van fotosynthese?
6 CO₂ + 6 H₂O + lichtenergie → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂. Zes moleculen koolstofdioxide en zes moleculen water leveren met behulp van lichtenergie één molecuul glucose en zes moleculen zuurstof. Zie ook reactievergelijkingen kloppend maken voor de notatie.
Waar in de cel gebeurt fotosynthese?
In de chloroplasten — celorganellen die alleen in plant- en algencellen voorkomen. Ze bevatten het groene pigment chlorofyl, dat lichtenergie opvangt. Een typische bladcel telt enkele tientallen chloroplasten.
Wat is het verschil tussen fotosynthese en celademhaling?
Fotosynthese bouwt glucose op uit CO₂ en water met behulp van licht en geeft zuurstof af. Celademhaling breekt glucose juist af met zuurstof om energie vrij te maken en levert CO₂ en water als afvalproducten. Ze zijn chemisch elkaars omgekeerde.
Welke kleur licht gebruiken planten het meest?
Chlorofyl absorbeert vooral rood en blauw licht. Groen licht wordt grotendeels gereflecteerd — daarom zien planten er groen uit. Carotenoïden en andere hulppigmenten vangen aanvullende kleuren op.
Doen alle planten aan fotosynthese?
Bijna alle. Enkele uitzonderingen zijn parasitaire planten zoals stofzaad of bremraap, die hun energie volledig van een gastheerplant betrekken en zelf weinig of geen chlorofyl bezitten.