Kort svar
Fotosyntes är den process där gröna växter, alger och vissa bakterier omvandlar solljus, koldioxid och vatten till glukos och syre. Det är naturens viktigaste energiomvandling — och grunden för nästan allt liv på jorden.
Den kemiska formeln — fotosyntesens kemiska formel — ser ut så här:
6 CO₂ + 6 H₂O + ljusenergi → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂
Sex molekyler koldioxid plus sex molekyler vatten, plus solenergi, ger en molekyl glukos (druvsocker) och sex molekyler syrgas. Det är hela receptet. Syre frigörs som biprodukt — den syrgas vi djur andas in.
Vad behövs för att fotosyntes ska ske?
Tre råvaror är nödvändiga: solljus, koldioxid och vatten. Men utan klorofyll — det gröna pigmentet i växtens blad — händer ingenting. Klorofyllet är nyckeln som låser upp hela reaktionen.
Solljus är energikällan. Klorofyllet absorberar framför allt rött och blåviolett ljus, medan det gröna ljuset reflekteras tillbaka — det är därför vi ser bladen som gröna. Klorofyllet fångar solljuset och konverterar energin från solljuset till kemiska reaktioner.
Koldioxid tas in från luften via klyvöppningarna, små porer på bladets undersida. Varje gång ett blad “andas in” koldioxid från luften öppnas dessa porer och koldioxid strömmar in.
Vatten absorberas via rötterna och transporteras upp till bladen genom växtstammen. Det spelar två roller: dels är det råvara i reaktionen, dels klyvsas det och frigör syre som vi djur sedan andas. Koldioxid och vatten är alltså fotosyntesens grundingredienser.
Var i växten sker fotosyntesen?
Fotosyntesen sker inuti kloroplasterna — specialiserade organeller som finns i växtcellerna, framför allt i bladen. Kloroplasterna innehåller klorofyll och är som växternas egna solkraftverk.
Inuti varje kloroplast finns en komplex struktur med tylakoider och stroma:
- Tylakoider — tunna membransäckar staplade i högar som kallas grana. Det är här ljusreaktionerna äger rum. Tylakoider och thylakoid-membranen innehåller alla proteinkomplex som behövs för att fånga solenergi. Klorofyll a och klorofyll b sitter båda i tylakoider som antennpigment.
- Stroma — det vätskefyllda utrymmet runt tylakoider. Här sker mörkerreaktionerna (Calvin-cykeln) i kloroplastens stroma, där koldioxid omvandlas till glukos. Energin som lagras i kemiska bindningar i ATP och NADPH används här.
Kloroplasterna anses ha uppstått för ungefär 1,5 miljarder år sedan då en större cell tog upp en cyanobakterie och de sedan levde vidare i symbios. Spåren av den ursprungliga bakterien syns fortfarande: kloroplaster har sitt eget DNA och förökar sig självständigt inne i cellen. Fotosyntes sker enbart i dessa organeller.
Ljusreaktioner: från solenergi till kemisk energi
Den första delen av fotosyntesen kallas ljusreaktionerna och sker i tylakoidernas membran. Processen är avancerad men logiken är enkel: fånga solens energi och lagra den i kemiska bärare.
Så här går det till:
- Fotoner — ljuspartiklar — träffar klorofyllmolekyler i tylakoider och absorberas av klorofyllmolekylerna.
- Energin slår loss elektroner från molekylerna.
- Vattenmolekyler (H₂O) klyvsas för att ersätta de förlorade elektronerna. Syret (O₂) som frigörs vid det här steget är den biprodukt vi andas — syre som biprodukt av att vatten delas.
- Elektronerna passerar genom fotosystem II och fotosystem I — proteinkomplex i tylakoidmembranet — och deras rörelse driver bildandet av energibärarna ATP och NADPH.
ATP och NADPH är fotosyntesens mellanvaluta. Energin lagras i kemiska bindningar i dessa molekyler och förs vidare till nästa steg, där glukos ska byggas. Ljusreaktionerna och mörkerreaktionerna hänger samman via dessa bärare.
Calvin-cykeln: glukos ur koldioxid
Den andra delen av fotosyntesen kallas Calvin-cykeln (eller mörkerreaktionerna) och sker i stromat. Här händer det som verkligen är häpnadsväckande: osynlig koldioxid från luften omvandlas till socker.
Processen kallas koldioxidfixering eller kolsyreassimilation. Kortfattat:
- Koldioxidmolekyler (CO₂) binds till ett organiskt ämne i stromat med hjälp av enzymet RuBisCO.
- ATP och NADPH (från ljusreaktionerna) tillförs energi och väteatomer.
- Reaktionen producerar glukos (C₆H₁₂O₆) — växtens eget bränsle.
Glukosen används sedan på tre sätt: som direkt energikälla via cellandning, som byggmaterial för cellväggar och andra strukturer, eller som lagrat socker (stärkelse) för senare bruk. Koldioxid omvandlas alltså till glukos — det är kärnan i hela photosyntesen och grunden för allt liv på jorden.
Fotosyntes och cellandning — omvända processer
Fotosyntes och cellandning är som varandras spegelbilder.
| Process | Råvaror | Produkter |
|---|---|---|
| Fotosyntes | CO₂ + H₂O + ljusenergi | Glukos + O₂ |
| Cellandning | Glukos + O₂ | CO₂ + H₂O + energi |
Under dagen, när det finns solljus, dominerar fotosyntesen. Natten gäller cellandningen. Det är ett kretslopp inne i varje cell.
Växter andas precis som djur gör. De förbrukar syre och producerar koldioxid dygnet runt. Men under dagljus producerar fotosyntesen mycket mer syre än vad cellandningen förbrukar — det är det överskottet vi djur lever av.
Varför är fotosyntes livsviktig?
Utan fotosyntes finns det inget syre att andas och ingen mat att äta.
Nästan allt syre i jordens atmosfär har bildats via fotosyntes — av växter, alger och cyanobakterier. Havsalger och marina cyanobakterier bidrar med ungefär hälften av allt det syre som produceras på jorden varje år. Resten produceras av landväxtligheten.
Fotosyntesen är också grunden för hela näringskjedjan. Gröna växter som fotosynteserar bygger biomassa — levande material — som äts av växtätare, som i sin tur äts av köttätare. Energin som ursprungligen kom från solen flödar vidare uppåt i kedjan. Fotosyntes hos alger och havsväxter bidrar med ungefär hälften av allt det syre som produceras varje år — alger och cyanobakterier i haven är lika viktiga som landets skogar.
Dessutom spelar fotosyntesen en avgörande roll i kolets kretslopp: växter binder koldioxid från atmosfären och lagrar det tillfälligt i sin biomassa. Skogarna fungerar som kolsänkor. Det är ett av skälen till att avskogning förvärrar klimatförändringarna och fotosyntesen och klimatet hänger tätt samman — när träd fälls och ruttnar eller bränns frigörs den bundna koldioxiden tillbaka till atmosfären. Fotosyntesen binder koldioxid och är en naturlig broms mot uppvärmning.
Fotosyntes är med andra ord inte bara växternas angelägenhet. Den håller planetens kemi i balans.
Fotonerna i solljuset som träffar ett blad på din fönsterbräda har rest 150 miljoner kilometer — och i bladets kloroplaster omvandlas de i bråkdelen av en sekund till kemisk energi.
