Fotosyntese er den proces, hvorved planter og nogle mikroorganismer fremstiller kulhydrater ved at omdanne lysenergi til kemisk energi. Det er en endoterm kemisk proces, hvilket betyder, at den kræver energi (sollys) for at foregå. Under fotosyntesen reagerer lys, vand og kuldioxid i cellerne og danner sukkerstoffer, som bruges som energi og byggemateriale i organismen. På den måde omdanner fotosyntese lysenergi til kemisk bundet energi i form af organiske molekyler.

Fotosyntese er afgørende for livet på Jorden. Før fotosyntesen var der praktisk talt ingen fri ilt i atmosfæren — fotosyntetiske organismer står for den store del af den ilt, vi har i dag, og de danner grundlaget for de fleste fødekæder.

Udover grønne planter bruger også Alger, protister og nogle bakterier fotosyntese. Der findes dog organismer, som i stedet får deres energi fra kemiske reaktioner; disse kaldes kemoautotrofe organismer.

Hvor i cellen foregår fotosyntesen?

I planter foregår fotosyntesen i organeller kaldet kloroplaster. Kloroplaster indeholder pigmenter—primært klorofyl—der fanger lys. Inden i kloroplasten ligger thylakoidmembraner, hvor de lysafhængige reaktioner løber, og stroma, hvor den lysuafhængige del (Calvin-cyklussen) foregår.

To hovedtrin: lysreaktioner og Calvin-cyklus

  • Lysreaktioner (i thylakoidmembraner): Klorofyl og andre pigmenter absorberer lys. Energien bruges til at splitte vand (H2O), hvilket frigiver ilt (O2), og til at danne energibærerene ATP og NADPH.
  • Calvin-cyklus (i stroma): CO2 fastholdes (fixeres) og reduceres ved hjælp af ATP og NADPH til sukkerstoffer (fx glyceraldehyd-3-fosfat), som kan bruges til at bygge glukose og andre organiske molekyler.

Den samlede reaktion (forenklet)

En forenklet, overordnet formel for fotosyntesen er:

6 CO2 + 6 H2O + lysenergi → C6H12O6 + 6 O2

Det viser, at kuldioxid og vand omdannes til glukose og ilt ved hjælp af lysenergi.

Vigtige forhold og tilpasninger

  • Lysintensitet: Mere lys giver generelt større fotosyntesehastighed op til et vist punkt.
  • Kuldioxid: Tilgængeligheden af CO2 begrænser også hastigheden af fotosyntesen.
  • Temperatur: Enzymers aktivitet påvirkes af varme; for lave eller for høje temperaturer mindsker hastigheden.
  • Vand: Vandmangel får stomata (spalteåbninger) til at lukkes, hvilket reducerer CO2-optag og dermed fotosyntese.
  • Forskellige fotosyntetiske veje: Planter har tilpasninger som C3-, C4- og CAM-fotosyntese for at optimere CO2-optag og minimere vandtab under forskellige klimaforhold.

Økologisk og menneskelig betydning

Fotosyntese er base for næsten alle økosystemer: planter og alger producerer det organiske stof, som dyr og mennesker lever af. Fotosyntesen påvirker også klimaet ved at binde CO2 fra atmosfæren og lagre kulstof i biomassen. For landbrug og fødevareproduktion er optimal fotosyntese essentiel for høj udbytte og vækst.

Historie og forskning

Den biologiske udbredelse af fotosyntese i Jordens tidlige historie førte til den såkaldte oxygenation af atmosfæren (Great Oxygenation Event), som gjorde komplekst liv muligt. I dag forskes der også i kunstig fotosyntese som en måde at producere brændstof og fjerne CO2 fra atmosfæren.

Kort sagt: Fotosyntese gør det muligt for planter og visse mikroorganismer at omdanne sollys til kemisk energi, producere sukkerstoffer og frigive ilt — en proces, som er fundamental for livet på Jorden.