A fotoszintézis az a folyamat, amely során a zöld növények fény hatására szén-dioxidból és vízből szerves anyagot (glükózt) állítanak elő, miközben oxigént szabadítanak fel. A folyamat a kloroplasztiszokban zajlik, és két szakaszból áll: a fény- és a sötét szakaszból. Ezen az oldalon egyszerűen elmagyarázzuk, mi a fotoszintézis, hol történik, miben különböznek a szakaszai, hogyan néz ki az egyenlete, és mi keletkezik közben. A végén egy interaktív teszt vár, amivel ellenőrizheted a tudásodat.
Mi a fotoszintézis és hol megy végbe?
A fotoszintézis (a görög phótosz – fény és szintészisz – összetétel szavakból) szervetlen anyagokból történő szervesanyag-előállítás fényenergia segítségével. Egyszerűbben fogalmazva: a növény a levegőből és a vízből „készíti el az ételét” a napfény energiáját felhasználva.
A fotoszintézis a kloroplasztiszokban megy végbe – ezek olyan zöld színtestek, amelyekből rengeteg található a levélsejtekben. A kloroplasztiszokban található a zöld színű klorofill pigment: ez fogja fel a fényenergiát, és indítja el az egész folyamatot. A növények éppen a klorofill miatt tűnnek zöldnek.
A fotoszintézishez a növénynek három dologra van szüksége:
- fény (napfény vagy mesterséges fény);
- víz – amelyet a gyökerein keresztül szív fel a talajból;
- szén-dioxid (CO₂) – amely a levegőből jut be a levél gázcserenyílásain keresztül.
A teljes fotoszintézis két egymást követő szakaszra oszlik: a fény- és a sötét szakaszra. A nevüket gyakran összekeverik, ezért nézzük meg őket külön-külön.
A fotoszintézis folyamata: miből mi keletkezik
A séma segít átlátni a lényeget: bal oldalon az látható, ami beput a levélbe (fény, víz és szén-dioxid), jobb oldalon pedig az, ami keletkezik (glükóz és oxigén). Az oxigént a növény a levegőbe juttatja, a glükózt pedig táplálékként használja fel, vagy keményítő formájában raktározza.
A fotoszintézis egyenlete
Az egész folyamat egyetlen összefoglaló egyenlettel írható le. Hat molekula szén-dioxid és hat molekula víz fény hatására, a klorofill közreműködésével egy molekula glükózzá és hat molekula oxigénné alakul át.
A fotoszintézis fény- és sötét szakasza
A fotoszintézis két szakaszból áll. A fényszakasz a kloroplasztisz belső membránjain zajlik, és csak fény jelenlétében lehetséges: a fényenergia bontja a vizet, miközben oxigén szabadul fel, és energia raktározódik (ATP és NADPH molekulákban). A sötét szakasz a kloroplasztisz alapállományában (sztrómájában) zajlik, és közvetlenül nem igényel fényt: itt a szén-dioxidból a raktározott energia segítségével glükóz épül fel. Fontos: a „sötét” nem azt jelenti, hogy „éjszakai” – ez a szakasz a fényszakasz termékeit használja fel, ezért sötétben, fény nélkül hamar leáll. Hasonlítsuk össze a két szakaszt a táblázatban.
| Jellemző | Fényszakasz | Sötét szakasz |
|---|---|---|
| Hol zajlik | a tilakoid membránokon (kloroplasztisz gránumok) | a kloroplasztisz sztrómájában |
| Kell-e fény | igen, csak fényben zajlik | közvetlenül nem, de függ a fényszakasz termékeitől |
| Mi szükséges | fény, víz (H2O) | szén-dioxid (CO2), ATP és NADPH energia |
| Mi keletkezik | oxigén (O2), ATP, NADPH | glükóz (C6H12O6) |
A fotoszintézis jelentősége a földi élet számára
A fotoszintézis az egyik legfontosabb folyamat a természetben. Ennek köszönhetően:
- a levegőben megmarad az oxigén, amelyet az emberek, az állatok és maguk a növények is belélegeznek;
- a levegőből eltávolítódik a szén-dioxid;
- szerves anyag keletkezik – ez minden élőlény táplálékának alapja. A növények táplálják a növényevőket, a növényevők a ragadozókat, így az egész tápláléklánc a fotoszintézissel kezdődik;
- a fényenergia raktározódik a szerves anyagokban. A szén, a kőolaj és a tőzeg szintén az ősi fotoszintézis „konzervált” energiája.
Ezért nevezik a zöld növényeket gyakran a „bolygó tüdejének”: folyamatosan oxigénnel és táplálékkal látják el a bioszférát.
Elemzés: miből mi keletkezik
1. példa. Honnan származik a glükóz?
Kérdés: milyen anyagokból állítja elő a növény a glükózt?
Elemzés. A glükóz (C₆H₁₂O₆) szénből, hidrogénből és oxigénből áll. A szenet a növény a levegő szén-dioxidjából (CO₂), a hidrogént a vízből (H₂O) veszi. Az „összeépítéshez” szükséges energiát a fény adja, a glükóz pedig a sötét szakaszban, a kloroplasztisz sztrómájában épül fel.
Válasz: a glükóz szén-dioxidból és vízből keletkezik a fényenergia segítségével.
2. példa. Honnan származik az oxigén?
Kérdés: melyik anyagból keletkezik az oxigén, amelyet a növény kibocsát?
Elemzés. Sokan azt hiszik, hogy az oxigén a szén-dioxidból keletkezik, de ez nem így van. A fényszakaszban a fényenergia bontja a vízmolekulákat (H₂O) – eközben szabadul fel az oxigén (O₂). A szén-dioxid csak a glükóz felépítésére szolgál.
Válasz: az oxigén a víz bontásakor szabadul fel a fényszakaszban.
3. példa. Ellenőrizzük az egyenletet az atomok száma alapján
Egyenlet: 6CO₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂.
Ellenőrizzük a szenet (C): bal oldalon 6 (a 6·CO₂-ból), jobb oldalon 6 (a glükózban C₆…) – stimmel.
Ellenőrizzük az oxigént (O): bal oldalon 6·2 + 6·1 = 18, jobb oldalon 6 (a glükózban) + 6·2 = 18 – stimmel.
Ellenőrizzük a hidrogént (H): bal oldalon 6·2 = 12, jobb oldalon 12 (a glükózban C₆H₁₂O₆) – stimmel.
Következtetés: az egyenlet rendezett, minden atom a helyén van.
Gyakori tévhitek a fotoszintézisről
-
Azt hiszik, hogy a növények csak oxigént bocsátanak ki, és egyáltalán nem lélegeznek.
A növények ugyanúgy lélegeznek, mint az állatok: folyamatosan oxigént vesznek fel és szén-dioxidot bocsátanak ki (légzés). Csak nappal, fényben a fotoszintézis aktívabb, mint a légzés, ezért több oxigén szabadul fel, mint amennyit elhasználnak.
-
Összekeverik a fény- és sötét szakaszt: azt hiszik, a glükóz a fényszakaszban, az oxigén pedig a sötét szakaszban keletkezik.
Éppen fordítva. A fényszakaszban oxigén szabadul fel és energia raktározódik (ATP, NADPH). A glükóz a sötét szakaszban épül fel szén-dioxidból, a raktározott energia segítségével.
-
A „sötét szakasz” kifejezést úgy értik, mint „szakasz, amely éjszaka, sötétben zajlik”.
A „sötét” csak annyit jelent, hogy „közvetlenül nem igényel fényt”. De a fényszakaszból származó ATP-t és NADPH-t használja fel, ezért fény nélkül ezek a készletek elfogynak, és a sötét szakasz is hamar leáll. A valóságban mindkét szakasz nappal zajlik, egymás után.
-
Azt hiszik, hogy az oxigén szén-dioxidból keletkezik.
Az oxigén vízből (H₂O) szabadul fel a fényszakaszban történő bontásakor. A szén-dioxid (CO₂) a glükóz felépítésére szolgál, nem oxigén keletkezik belőle.
Kérdések és válaszok
Miben különbözik a fotoszintézis a légzéstől?
Ezek ellentétes folyamatok. Fotoszintézis során a növény fényben szén-dioxidot és vizet vesz fel, glükózt állít elő és oxigént bocsát ki – vagyis energiát raktároz. Légzés során éppen ellenkezőleg, glükózt és oxigént használ fel, miközben szén-dioxid, víz és energia szabadul fel. Minden élő sejt folyamatosan lélegzik, a fotoszintézis viszont csak a zöld sejtekben és csak fényben zajlik.
Szükséges-e fény a fotoszintézis sötét szakaszához?
Közvetlenül a sötét szakaszhoz nem kell fény – a reakciók a kloroplasztisz sztrómájában zajlanak fény részvétele nélkül. De a sötét szakasz a fényszakaszban keletkező ATP-t és NADPH-t használja fel. Ezért fény nélkül ezek a készletek gyorsan elfogynak, és a sötét szakasz is leáll. A „sötét” elnevezés nem „éjszakait” jelent, hanem „fényt közvetlenül nem igénylőt”.
Hol megy végbe pontosan a fotoszintézis?
A fotoszintézis a kloroplasztiszokban – a levélsejtek zöld színtesteiben – zajlik. A fényszakasz a tilakoid membránokon (a gránumokban), a sötét szakasz pedig a kloroplasztisz sztrómájában történik. A zöld színt és a fényelnyelő képességet a kloroplasztiszoknak a klorofill pigment adja.
Mi keletkezik a fotoszintézis során?
A fotoszintézis fő termékei a glükóz (szerves anyag, a növény tápláléka) és az oxigén, amely a levegőbe kerül. A folyamat során köztes anyagok is keletkeznek – ATP és NADPH –, amelyek az energiát szállítják a fényszakaszból a sötét szakaszba.
A nap mely szakában zajlik a fotoszintézis?
A fotoszintézis nappal zajlik, amíg van fény. Éjszaka, sötétben leáll, mert a fényszakasz fény nélkül nem tud működni, a termékei nélkül pedig a sötét szakasz is leáll. Ezzel szemben a növény légzése éjjel-nappal folyamatosan zajlik.
