De fasen van de fotosynthese, uitgelegd voor wietkwekers

Fotosynthese is het proces waarmee planten, wiet ook, zonlicht gebruiken om koolstofdioxide en water om te zetten in suikers, waarbij ze zuurstof afgeven. Het gebeurt in twee grote fasen: de lichtreactie, die de energie uit licht opvangt, en de zogeheten donkerreactie (de calvincyclus), die daar suikers mee maakt. Het is de motor achter de groei van je plant, en een pijler onder het evenwicht van de atmosfeer.

Bij wiet zet elke stap specifieke biochemische processen in gang, die nodig zijn voor een gezonde groei en voor de stoffen waar het je om gaat, zoals cannabinoïden en terpenen.

Wat is fotosynthese?

Fotosynthese is van levensbelang voor planten, wiet ook: dankzij dit proces worden licht, water en koolstofdioxide omgezet in suikers (bruikbare energie) en zuurstof.

Het gebeurt in de cellen van de bladeren, in de bladgroenkorrels (chloroplasten), de kleine fabriekjes waar de fotosynthese plaatsvindt. Dit zijn de belangrijkste stappen, in het kort:

1. Licht opvangen: het bladgroen (chlorofyl) in de chloroplasten neemt licht op, en die energie wordt gebruikt om watermoleculen te splitsen in zuurstof, elektronen en protonen.
2. ATP en NADPH maken: de elektronen en protonen die net zijn vrijgekomen, worden gebruikt om adenosinetrifosfaat (ATP) en gereduceerd nicotinamide-adenine-dinucleotidefosfaat (NADPH) te maken, twee moleculen die energie opslaan en vervoeren.
3. De calvin-bensoncyclus: CO2 uit de lucht bindt aan een verbinding met vijf koolstofatomen, ribulose-1,5-bisfosfaat (RuBP), waardoor moleculen met drie koolstofatomen ontstaan: 3-fosfoglyceraat (3-PGA). Die worden omgezet in koolhydraten, zoals glucose, die de plant als brandstof en als bouwmateriaal gebruikt.
4. RuBP terugwinnen: om de calvin-bensoncyclus draaiende te houden, wordt een deel van het 3-PGA gebruikt om weer RuBP te maken, en zo begint de kringloop opnieuw.

Fotosynthese gaat continu door en een plant overleeft niet zonder: het levert de energie om te groeien. En niet alleen planten hebben er baat bij: doordat er zuurstof vrijkomt en koolstof wordt vastgelegd, helpt het ook om klimaatverandering af te remmen.

Van wortel tot blad: de hele route door de plant

Om te snappen wat het leven van een plant aandrijft, kun je verder kijken dan de twee fasen van de fotosynthese. Dit is geen officiële indeling, eerder een simpele manier om de route te volgen: opname, transport, fotosynthese en voeding.

1. Opname: de plant neemt via de wortels water en mineralen op uit de grond. Water is een grondstof voor de fotosynthese, en de mineralen zijn nodig om de machinerie te bouwen die het proces laat draaien.
2. Transport: water en voedingsstoffen gaan via de vaatbundels omhoog naar de bladeren, waar het grootste deel van de fotosynthese gebeurt. Zonder dat transport komt er niks aan op de plek waar de plant het nodig heeft.
3. Fotosynthese: het hart van het verhaal. De plant gebruikt de energie uit licht om CO2 en water om te zetten in suikers en zuurstof. Dat gebeurt in twee fasen:
   • Lichtreactie: lichtenergie wordt omgezet in chemische energie, in de vorm van ATP en NADPH, die nodig zijn voor de volgende fase.
   • Donkerreactie: met de energie uit ATP en NADPH worden suikers gemaakt uit CO2. Ondanks de naam gebeurt dit niet in het donker: het hangt alleen niet direct van licht af.
4. Voeding en groei: tot slot gebruikt de plant wat ze heeft gemaakt om zich te voeden en te groeien. De suikers dienen als brandstof en als bouwmateriaal voor nieuwe cellen en weefsels.

Wat gebeurt er tijdens de lichtreactie?

De lichtreactie is de eerste stap: hier wordt zonne-energie omgezet in chemische energie. Het licht wordt opgevangen door structuren die fotosystemen heten, gemaakt van bladgroen en eiwitten, en die in de chloroplasten zitten. Zoals de naam al zegt, werkt deze fase alleen als er licht is, van de zon of van je lamp.

Fotosysteem I en II zijn de hoofdrolspelers. Ze vangen licht op en gebruiken die energie om elektronen door te geven langs een keten van ontvangers, wat een soort elektrische stroom in de chloroplast oplevert. Zie het als elektronen die van molecuul naar molecuul springen, als op een lopende band.

Een van de belangrijkste momenten is de fotolyse van water, in fotosysteem II. De lichtenergie zorgt ervoor dat het watermolecuul uiteenvalt in zuurstof, protonen (H+) en elektronen. De vrijgekomen zuurstofatomen gaan per twee samen en vormen de zuurstof (O2) in de lucht: precies wat jij nu inademt.

Waarom heeft wiet deze fase nodig?

De lichtenergie die het bladgroen opneemt, gaat over op elektronen, die de elektronentransportketen ingaan. Daar worden ATP en NADPH gemaakt.

Die twee moleculen zijn onmisbaar voor de volgende stap, de calvincyclus, waar de eerste suikers ontstaan die de plant als energie en bouwmateriaal gebruikt.

Kortom: de lichtreactie is van levensbelang, want ze zet de energie van de zon (of je lamp) om in chemische energie waarmee de plant zich kan voeden en kan groeien.

Wat gebeurt er tijdens de donkerreactie?

De donkerreactie speelt zich af in het stroma van de chloroplasten. Daar draait de calvincyclus, die organische stoffen maakt, vooral koolhydraten (suikers), uit de CO2 in de lucht.

Ribulosebisfosfaat reageert met CO2, met hulp van het enzym RuBisCO, en vormt zo 3-fosfoglyceraat. Die moleculen worden daarna omgezet in 1,3-bisfosfoglyceraat en uiteindelijk in glyceraldehyde-3-fosfaat (G3P), met de ATP en NADPH uit de lichtreactie.

Een deel van het G3P wordt gebruikt om glucose en andere koolhydraten te maken; de rest wordt hergebruikt om weer ribulosebisfosfaat te vormen, en zo is de calvincyclus rond. Zonder dit proces zou de plant niks hebben om haar weefsels mee te bouwen.

Waar dient de donkerreactie voor?

Daarna gaan de producten van de donkerreactie een reeks reacties in waarbij zetmeel, koolhydraten en andere organische stoffen ontstaan, die nodig zijn voor de bouw en de werking van de plant. Zo gaat een deel van de suikers naar beneden, naar de wortels, waar het als zetmeel kan worden opgeslagen: een energievoorraad.

Kortom: de donkerreactie is ingewikkeld, maar onmisbaar, want ze zet CO2 uit de lucht om in organisch materiaal waarmee de plant groeit.

Waarom fotosynthese onmisbaar is voor het leven op aarde

Fotosynthese is een pijler onder het leven op aarde, niet alleen voor planten, maar ook voor dieren en schimmels.

Ze zorgt voor de zuurstof in de atmosfeer, en ze is de belangrijkste manier waarop organisch materiaal uit mineralen ontstaat. Zonder fotosynthese zou het leven op onze planeet zoals we het kennen niet bestaan.

De rol van fotosynthese in de voedselketen

De fotosynthese van landplanten, algen en bepaalde bacteriën houdt de atmosfeer rijk aan zuurstof. Die zuurstof is nodig voor de ademhaling van bijna alles wat leeft, mensen ook.

Bovendien vormt fotosynthese de basis van de voedselketen: planten en andere fotosynthetische organismen maken suikers en andere organische stoffen die planteneters voeden, en die worden op hun beurt weer door vleeseters gegeten.