Fotorespiratie: waarom je wietplant afremt als het te warm wordt

Fotorespiratie is het proces waarbij het enzym RuBisCO zuurstof vastlegt in plaats van koolstofdioxide, waardoor de plant een deel van de energie uit de fotosynthese kwijtraakt. Hoe warmer het is, hoe meer fotorespiratie, en dat kan de groei afremmen of zelfs stilleggen. Toch heeft het ook een beschermende rol als de plant onder stress staat. Even ter herinnering: fotosynthese is het proces waarmee planten zonne-energie omzetten in energierijke organische stoffen, die ze opslaan om te groeien: ze nemen koolstofdioxide op en geven zuurstof af.

Daarnaast is er een minder bekend, maar net zo belangrijk proces: fotorespiratie. Het werkt de fotosynthese tegen, maar hoort er tegelijk onlosmakelijk bij.

Fotorespiratie gebeurt als het enzym RuBisCO geen koolstofdioxide vastlegt, maar zuurstof. En dat gebeurt vaker naarmate de temperatuur stijgt.

Hoe heter het is, hoe groter het aandeel fotorespiratie. Komt de fotorespiratie op hetzelfde niveau als de fotosynthese, dan kan de groei van de plant helemaal stilvallen.

Wie fotorespiratie snapt, kan planten beter laten groeien en efficiënter laten werken, zeker met de klimaatverandering en de hogere temperaturen die daarbij horen. Dit proces bestuderen en beheersen is dus belangrijk om de landbouw productiever te maken en ecosystemen gezond te houden.

Wat is fotorespiratie precies?

Fotorespiratie is een ingewikkeld en belangrijk biologisch proces voor planten, al kan het zonder biologiekennis best abstract klinken. Technisch gezien begint het met een reactie die wordt aangestuurd door het enzym ribulose-1,5-bisfosfaatcarboxylase/oxygenase (RuBisCO).

In plaats van koolstofdioxide (CO2) vast te leggen zoals bij fotosynthese, legt RuBisCO zuurstof (O2) vast. Daarbij ontstaat 2-fosfoglycolaat. Die stof wordt daarna verwerkt via de fotorespiratieroute en omgezet in 3-fosfoglyceraat, een tussenproduct van de calvincyclus.

Tijdens dat proces ontstaan koolstofdioxide (CO2) en ammoniak (NH3), en worden ATP en andere reductie-equivalenten verbruikt. Door dat energieverbruik is fotorespiratie energetisch gezien een inefficiënt proces.

Hoe fotorespiratie planten tegen stress beschermt

Hoe inefficiënt ook, fotorespiratie kan een belangrijke rol spelen bij het beschermen van planten tegen stress. Doordat het overtollige energie wegwerkt, voorkomt het dat de elektronentransportketen van de fotosynthese overbelast raakt, en gaat het foto-inhibitie tegen (schade door te veel licht).

Dat mechanisme is vooral belangrijk bij stress die de opname van CO2 voor de fotosynthese vermindert.

Bovendien levert fotorespiratie stoffen die nodig zijn voor andere processen. De glycine die bij fotorespiratie ontstaat, is bijvoorbeeld onmisbaar voor de aanmaak van glutathion, een antioxidant die planten beschermt tegen oxidatieve stress.

Dit proces is van levensbelang bij stress zoals droogte, veel zout en heel fel licht, omstandigheden waar bergplanten vaak mee te maken hebben.

Kortom: fotorespiratie kost veel energie, maar speelt een belangrijke rol bij het beschermen van wietplanten tegen zware omstandigheden, en helpt ze te blijven functioneren en groeien als het lastig wordt.

Waarom ontstaat fotorespiratie?

Fotorespiratie komt door het werk van een enzym, RuBisCO (ribulose-1,5-bisfosfaatcarboxylase/oxygenase). Dat enzym is onmisbaar voor de fotosynthese, want het legt koolstofdioxide vast tijdens de fase waarin koolstof wordt vastgelegd.

Maar als de temperatuur stijgt, verandert RuBisCO van gedrag en gaat het zich steeds meer als oxygenase gedragen in plaats van als carboxylase. Met andere woorden: in plaats van koolstof vast te leggen, pakt het enzym zuurstof, en dan begint de fotorespiratie.

Waarom fotorespiratie en fotosynthese allebei belangrijk zijn

Fotosynthese en fotorespiratie zijn allebei basisprocessen voor hoe planten werken en overleven. Dankzij fotosynthese zetten planten zonne-energie om in energierijke organische stoffen en maken ze zuurstof: de basis van het leven op aarde.

Zonder fotosynthese zouden de meeste planten niet bestaan, en zou ook het dierenleven hard geraakt worden door een gebrek aan zuurstof en basisvoeding.

Fotorespiratie lijkt op het eerste gezicht een inefficiënt en duur proces, maar speelt een belangrijke rol bij het beschermen van planten als hun omgeving ze onder stress zet.

Fotorespiratie bij wietplanten

Dit proces werkt als verdediging tegen overbelasting van de elektronentransportketen van de fotosynthese en tegen foto-inhibitie, vooral bij hitte, droogte en zoute grond. Het levert ook stoffen die nodig zijn voor andere processen die de plant helpen zich te beschermen en aan te passen aan stress.

Samengevat: de twee processen zijn verschillend, maar vullen elkaar aan en zijn allebei onmisbaar voor het leven van planten. Fotosynthese levert de energie en bouwstoffen voor groei en voortplanting, fotorespiratie helpt planten te overleven en zich aan te passen aan lastige omstandigheden.

Snappen hoe die twee processen samenwerken is de sleutel om de plantenbiologie verder te brengen en planten beter bestand te maken tegen klimaatverandering.