Fotosynteesi on prosessi, jossa vihreät kasvit valmistavat valon avulla hiilidioksidista ja vedestä orgaanista ainetta (glukoosia) ja vapauttavat happea. Se tapahtuu viherhiukkasissa ja koostuu kahdesta vaiheesta — valo- ja pimeäreaktioista. Tällä sivulla kerrotaan selkokielellä, mitä fotosynteesi on, missä se tapahtuu, miten sen vaiheet eroavat toisistaan, miltä fotosynteesin yhtälö näyttää ja mitä siinä syntyy. Lopussa on interaktiivinen tehtävä osaamisesi testaamiseen.
Mitä on fotosynteesi ja missä se tapahtuu
Fotosynteesi (kreikan sanoista photos – valo ja synthesis – yhdistäminen) on orgaanisten aineiden muodostumista epäorgaanisista aineista valon avulla. Yksinkertaisesti sanottuna kasvi "valmistaa ruokansa" ilmasta ja vedestä auringonvalon energian avulla.
Fotosynteesi tapahtuu viherhiukkasissa eli kloroplasteissa – vihreissä soluelimissä, joita on erityisen paljon lehden soluissa. Viherhiukkasten sisällä on vihreää pigmenttiä, lehtivihreää eli klorofylliä: juuri se sitoo valon energiaa ja käynnistää koko prosessin. Kasvit näyttävät vihreiltä juuri lehtivihreän vuoksi.
Fotosynteesiin kasvi tarvitsee kolme asiaa:
- valoa (auringonvaloa tai keinovaloa);
- vettä – juuret imevät sitä maaperästä;
- hiilidioksidia (CO₂) – se tulee ilmasta lehden ilmarakojen kautta.
Koko fotosynteesi jakautuu kahteen peräkkäiseen vaiheeseen – valo- ja pimeäreaktioihin. Niiden nimet menevät usein sekaisin, joten käydään molemmat läpi erikseen.
Fotosynteesiprosessi: mitä mistäkin syntyy
Kaavio auttaa hahmottamaan tärkeimmän: vasemmalla on se, mikä tulee lehteen (valo, vesi ja hiilidioksidi), oikealla se, mikä syntyy (glukoosi ja happi). Kasvi vapauttaa hapen ilmaan ja käyttää glukoosin ravinnokseen tai varastoi sen tärkkelyksenä.
Fotosynteesin yhtälö
Koko prosessi voidaan kirjoittaa yhtenä summayhtälönä. Kuusi hiilidioksidimolekyyliä ja kuusi vesimolekyyliä muuttuvat valon ja lehtivihreän avulla yhdeksi glukoosimolekyyliksi ja kuudeksi happimolekyyliksi.
Fotosynteesin valo- ja pimeäreaktiot
Fotosynteesi tapahtuu kahdessa vaiheessa. Valoreaktiot tapahtuvat viherhiukkasen sisäisillä kalvoilla ja ovat mahdollisia vain valossa: valon energia hajottaa vettä, jolloin vapautuu happea ja energiaa varastoituu (ATP- ja NADPH-molekyyleihin). Pimeäreaktiot tapahtuvat viherhiukkasen nestemäisessä osassa eli stroomassa, eivätkä ne vaadi suoraan valoa: tässä hiilidioksidista kootaan glukoosia varastoidun energian avulla. Tärkeää: "pimeäreaktio" ei tarkoita "yöreaktiota" – tämä vaihe käyttää valoreaktioiden tuotteita, joten pimeässä ilman valoa sekin pysähtyy pian. Verrataan molempia vaiheita taulukossa.
| Ominaisuus | Valoreaktiot | Pimeäreaktiot |
|---|---|---|
| Missä tapahtuu | tylakoidikalvoilla (viherhiukkasen granat) | viherhiukkasen stroomassa |
| Vaatiiko valoa | kyllä, tapahtuu vain valossa | ei suoraan, mutta riippuu valoreaktioiden tuotteista |
| Mitä tarvitaan | valoa, vettä (H2O) | hiilidioksidia (CO2), ATP- ja NADPH-energiaa |
| Mitä syntyy | happea (O2), ATP, NADPH | glukoosia (C6H12O6) |
Fotosynteesin merkitys elämälle maapallolla
Fotosynteesi on yksi luonnon tärkeimmistä prosesseista. Sen ansiosta:
- ilmassa säilyy happi, jota ihmiset, eläimet ja kasvit itse hengittävät;
- ilmasta poistuu hiilidioksidia;
- syntyy orgaanista ainetta – ravinnon perusta kaikille eläville olennoille. Kasvit ruokkivat kasvinsyöjiä, kasvinsyöjät petoja, joten koko ravintoketju alkaa fotosynteesistä;
- valon energiaa varastoituu orgaanisiin aineisiin. Kivihiili, öljy ja turve ovat myös muinaisen fotosynteesin "säilöttyä" energiaa.
Siksi vihreitä kasveja kutsutaan usein "planeetan keuhkoiksi": ne toimittavat jatkuvasti biosfäärille happea ja ravintoa.
Analyysi: mitä mistäkin syntyy
Esimerkki 1. Mistä glukoosi tulee
Kysymys: mistä aineista kasvi valmistaa glukoosia?
Analyysi. Glukoosi (C₆H₁₂O₆) koostuu hiilestä, vedystä ja hapesta. Hiilen kasvi ottaa ilmasta hiilidioksidista (CO₂), vedyn vedestä (H₂O). Energian "kokoamiseen" antaa valo, ja glukoosi kootaan pimeäreaktioissa, viherhiukkasen stroomassa.
Vastaus: glukoosi syntyy hiilidioksidista ja vedestä valon energian avulla.
Esimerkki 2. Mistä happi tulee
Kysymys: mistä aineesta syntyy happi, jonka kasvi vapauttaa?
Analyysi. Monet luulevat, että happi syntyy hiilidioksidista, mutta se ei pidä paikkaansa. Valoreaktioissa valon energia hajottaa vesimolekyylejä (H₂O) – silloin vapautuu happea (O₂). Hiilidioksidi käytetään vain glukoosin rakentamiseen.
Vastaus: happi vapautuu veden hajotessa valoreaktioissa.
Esimerkki 3. Tarkistetaan yhtälö atomien määrän mukaan
Yhtälö: 6CO₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂.
Tarkistetaan hiili (C): vasemmalla 6 (6·CO₂), oikealla 6 (glukoosissa C₆…) – täsmää.
Tarkistetaan happi (O): vasemmalla 6·2 + 6·1 = 18, oikealla 6 (glukoosissa) + 6·2 = 18 – täsmää.
Tarkistetaan vety (H): vasemmalla 6·2 = 12, oikealla 12 (glukoosissa C₆H₁₂O₆) – täsmää.
Johtopäätös: yhtälö on tasapainossa, kaikki atomit ovat tallella.
Yleisiä virhekäsityksiä fotosynteesistä
-
Luullaan, että kasvit vain vapauttavat happea eivätkä hengitä lainkaan.
Kasvit hengittävät samalla tavalla kuin eläimet: ne kuluttavat jatkuvasti happea ja vapauttavat hiilidioksidia (soluhengitys). Päivällä valossa fotosynteesi on vain aktiivisempaa kuin hengitys, joten happea vapautuu enemmän kuin sitä kuluu.
-
Valo- ja pimeäreaktiot menevät sekaisin: luullaan, että glukoosi syntyy valoreaktioissa ja happi pimeäreaktioissa.
Päinvastoin. Valoreaktioissa vapautuu happea ja varastoituu energiaa (ATP, NADPH). Glukoosi kootaan pimeäreaktioissa hiilidioksidista tämän varastoidun energian avulla.
-
Ymmärretään "pimeäreaktio" vaiheena, joka tapahtuu yöllä, pimeässä.
"Pimeäreaktio" tarkoittaa vain, ettei se vaadi suoraan valoa. Mutta se käyttää valoreaktioiden ATP:tä ja NADPH:ta, joten ilman valoa nämä varastot loppuvat ja pimeäreaktiokin pysähtyy pian. Todellisuudessa molemmat vaiheet tapahtuvat päivällä, toinen toisensa jälkeen.
-
Luullaan, että happi syntyy hiilidioksidista.
Happi vapautuu vedestä (H₂O) sen hajotessa valoreaktioissa. Hiilidioksidi (CO₂) käytetään glukoosin rakentamiseen, ei hapen tuottamiseen.
Kysymyksiä ja vastauksia
Miten fotosynteesi eroaa soluhengityksestä?
Nämä ovat vastakkaisia prosesseja. Fotosynteesissä kasvi sitoo valossa hiilidioksidia ja vettä, valmistaa glukoosia ja vapauttaa happea – eli varastoi energiaa. Soluhengityksessä taas glukoosia ja happea kuluu, ja vapautuu hiilidioksidia, vettä ja energiaa. Kaikki elävät solut hengittävät jatkuvasti, mutta fotosynteesi tapahtuu vain vihreissä soluissa ja vain valossa.
Tarvitaanko valoa fotosynteesin pimeäreaktioihin?
Pimeäreaktiot eivät vaadi suoraan valoa – reaktiot tapahtuvat viherhiukkasen stroomassa ilman valon osallistumista. Mutta pimeäreaktiot käyttävät ATP:tä ja NADPH:ta, joita syntyy valoreaktioissa. Siksi ilman valoa nämä varastot loppuvat nopeasti, ja pimeäreaktiokin pysähtyy. Nimi "pimeäreaktio" ei tarkoita "yöreaktiota", vaan "ei vaadi suoraan valoa".
Missä fotosynteesi tarkalleen tapahtuu?
Fotosynteesi tapahtuu viherhiukkasissa eli kloroplasteissa, jotka ovat lehden solujen vihreitä plastideja. Valoreaktiot tapahtuvat tylakoidikalvoilla (granat), ja pimeäreaktiot viherhiukkasen stroomassa. Vihreän värin ja kyvyn sitoa valoa antaa viherhiukkasille lehtivihreä-pigmentti.
Mitä fotosynteesissä syntyy?
Fotosynteesin päätuotteet ovat glukoosi (orgaaninen aine, kasvin ravinto) ja happi, joka vapautuu ilmaan. Prosessin aikana syntyy myös välituotteita – ATP ja NADPH, jotka siirtävät energiaa valoreaktioista pimeäreaktioihin.
Mihin aikaan päivästä fotosynteesi tapahtuu?
Fotosynteesi tapahtuu päivällä, kun on valoa. Yöllä, pimeässä, se lakkaa, koska valoreaktiot eivät toimi ilman valoa, ja ilman niiden tuotteita pimeäreaktiotkin pysähtyvät. Kasvin soluhengitys kuitenkin jatkuu ympäri vuorokauden.
