De ene soort energie gaat er in, de andere komt er uit

De lichtreacties vinden plaats in het membraan van de thylakoïde, binnen in de chloroplast. Omdat de reacties afhankelijk zijn van licht, moet het dus licht zijn waar ze gebeuren. Herinner je je nog dat het doel van het eerste deel van de fotosynthese is om energie uit zonlicht om te zetten in andere vormen van energie?

De lichtreacties van fotosynthese hebben zonlicht nodig. Afbeelding van Mell27.

Planten kunnen de energie uit licht niet direct gebruiken om suikers te maken. In plaats daarvan verandert de plant de lichtenergie in een vorm van energie die hij wel kan gebruiken: chemische energie. Chemische energie is overal om ons heen. Auto’s hebben bijvoorbeeld chemische energie van benzine nodig om te rijden. De chemische energie die planten gebruiken zit opgeslagen in ATP en NADPH. ATP en NADPH zijn twee soorten energiedragende moleculen. Deze twee moleculen komen niet alleen voor in planten, maar dieren gebruiken ze ook.

Het recept voor energie

Planten hebben water nodig om NADPH te maken. Dat water wordt uit elkaar gehaald om elektronen vrij te laten (negatief geladen subatomische deeltjes). Wanneer het water uit elkaar wordt gehaald komt er ook zuurstof vrij, het gas dat wij allemaal nodig hebben om te ademen.

De elektronen moeten door speciale eiwitten die in het membraan van de thylakoïde zitten. Ze gaan door het eerste gespecialiseerde eiwit (het fotosysteem II eiwit) en dan door de elektronen transportketen. Daarna gaan ze door een tweede gespecialiseerde eiwit (het fotosysteem I eiwit).

Fotosysteem I en Fotosysteem II

Wacht eens even… eerst gaan de elektronen door het tweede fotosysteem en daarna gaan ze pas door de eerste? Dat klinkt erg verwarrend. Waarom zouden ze de fotostystemen zo noemen?

Watermoleculen worden uit elkaar gehaald om elektronen vrij te laten. Die elektronen bewegen zich dan langs een gradiënt, waarbij ondertussen energie in ATP wordt opgeslagen. Afbeelding van Jina Lee.

Fotosysteem I en II kloppen niet met de route die de elektronen nemen, omdat ze niet in die volgorde zijn ontdekt.

Fotosysteem I was als eerste ontdekt. Pas later werd fotosysteem II ontdekt en werd gevonden dat die eerder in de elektronentransportketen zit. Maar toen was het te laat en stond de naam al vast. Eerst reizen elektronen door fotosysteem II en daarna door fotosysteem I.

De elektronentransportketen

Terwijl ze in fotosysteem II en I zitten verzamelen de elektronen energie van het zonlicht. Hoe doen ze dat? Chlorofyl, dat aanwezig is in de fotosystemen, absorbeert lichtenergie. De energierijke elektronen worden dan gebruikt om NADPH te maken.

De elektronentransportketen is een serie van moleculen die makkelijk elektronen afstaan of opgeven. Door stap voor stap door die moleculen te bewegen worden de elektronen in een bepaalde richting bewogen langs een membraan. De beweging van waterstofionen is hieraan gekoppeld. Dat betekent dat als de elektronen worden verplaatst, waterstofionen ook bewegen.

ATP wordt gemaakt wanneer waterstofionen in het binnenste van de thylakoïde worden gepompt. Waterstofionen hebben een positieve lading. Zoals bij magneten, dingen met dezelfde lading stoten elkaar af. Dus willen de waterstofionen graag bij elkaar uit de buurt komen. Ze ontsnappen de thylakoïde via een membraaneiwit genaamd ATP synthase. Doordat ze door dit eiwit gaan geven ze het energie, zoals water dat door een dam beweegt. Wanneer de waterstofionen door het eiwit bewegen en langs de elektronentransportketen wordt ATP gemaakt. Dat is hoe planten zonlicht veranderen in bruikbare chemische energie. 

De Calvincyclus: Leven maken van lucht

Hoe kan het dat iets als lucht veranderd in het hout van een boom? Het antwoord vind je in de bestanddelen van lucht.

Hoe kan de lucht rondom een boom veranderen in vast bouwmateriaal? Via een ingewikkelde serie reacties die de koolstof uit de lucht gebruiken om andere materialen te maken. Afbeelding van André Karwath.

Lucht bevat verschillende elementen zoals zuurstof, koolstof en stikstof. Die elementen kunnen samen moleculen vormen, zoals bijvoorbeeld koolstofdioxide (CO2). Koolstofdioxide bestaat uit een koolstofatoom en twee zuurstofatomen. Planten nemen het koolstofatoom van koolstofdioxide en gebruiken het om suikers te bouwen.

Dat alles gebeurt via de calvincyclus. De calvincyclus vindt plaats binnenin chloroplasten, maar buiten de thylakoïden (waar ATP wordt gemaakt). De ATP en NADPH van de lichtreacties  worden gebruikt in de calvincyclus.

Delen van de calvincyclus worden soms donkerreacties genoemd. Maar laat je niet voor de gek houden door de naam… die reacties hebben toch zonlicht nodig om te werken.

Het eiwit RuBisCO helpt ook met het proces om koolstof uit de lucht in suikers te veranderen. RuBisCO werkt erg traag, dus planten hebben veel van het eiwit nodig. Het is zelfs zo dat RuBisCO het meest voorkomende eiwit is in de hele wereld!

De opbrengst van de calvincyclus wordt gebruikt om de simpele suiker glucose te maken. Glucose kan gebruikt worden om ingewikkeldere suikers te maken zoals zetmeel en cellulose. Zetmeel bewaart energie voor de plant en cellulose is de bouwstof waaruit planten zijn gemaakt.

Afbeeldingen via Wikimedia Commons. Afbeelding van zaailing van Bff.