De grootste verschil tussen fotosynthese en fotorespiratie is dat de fotosynthese vindt plaats wanneer het RuBisCO-enzym reageert met koolstofdioxide, terwijl de fotorespiratie optreedt wanneer het RuBisCO-enzym reageert met zuurstof. Bovendien vermindert fotorespiratie de efficiëntie van fotosynthese.

Fotosynthese en fotorespiratie zijn twee processen die plaatsvinden tijdens de productie van energie met behulp van zonlicht in planten. RuBisCO is het afkeurende enzym voor het schakelen tussen twee processen.

Kooldioxide, Donkere Reactie, Lichte Reactie, Fotorespiratie, Fotosynthese, RuBisCO

Wat is fotosynthese?

Fotosynthese is het proces waarbij glucose wordt geproduceerd uit koolstofdioxide en water door gebruik te maken van de energie uit het zonlicht. Fotosynthetische pigmenten zoals chlorofyl, carotenoïden en fycobilinen vangen de energie van het zonlicht op. In planten en algen zijn deze pigmenten geconcentreerd in chloroplasten. Zuurstof komt vrij als bijproduct van fotosynthese. Fotosynthese is een van de belangrijkste processen die op aarde plaatsvinden, waarbij lichtenergie wordt omgezet in chemische energie. De glucose die tijdens het proces wordt geproduceerd, kan worden gebruikt om ATP te produceren in een ander proces dat cellulaire ademhaling wordt genoemd.

Het proces van fotosynthese kan in tweeën worden verdeeld: lichte reactie en donkere reactie.

Lichte reactie

Lichtreactie vindt plaats op het thylakoïde membraan van grana, de stapels thylakoïden ingebed in het stroma van een chloroplast. Fotosynthetische pigmenten zijn georganiseerd in fotocentra op het thylakoïde membraan. Photosystem II absorbeert lichtenergie en transporteert naar fotocentra, waardoor de productie van hoogenergetische elektronen mogelijk wordt. Deze hoogenergetische elektronen verplaatsen zich naar het fotosysteem I via het cytochroom b6f-complex. Ze gaan verder door een reeks ferredoxine-dragers en produceren NADPH. Het elektronentekort dat optreedt in de fotosystemen wordt opgevuld door watermoleculen te splitsen in een proces dat fotolyse wordt genoemd. De resulterende waterstofionen worden gebruikt bij de productie van ATP.

Figuur 1: Lichtreactie

Donkere reactie

Lichtreactie wordt gevolgd door de donkerreactie. Hier worden NADPH en ATP geproduceerd door de lichtreactie gebruikt om glucose te produceren uit koolstofdioxide en water. Donkere reactie, die plaatsvindt via de C3-cyclus, wordt ook wel de Calvin-cyclus genoemd en vindt plaats in het stroma van de chloroplast zonder het gebruik van licht. Fixatie van koolstof vindt plaats in de Calvin-cyclus met behulp van het enzym RuBisCO (ribulose-1, 5-bisfosfaatcarboxylase/oxygenase), dat een koolstofatoom uit koolstofdioxide fixeert in RuBP (ribulose 1, 5-bisfosfaat), waardoor 3 -fosfoglyceraat. Sommige van de 3-fosfoglyceraatmoleculen verminderen om glucose te vormen, terwijl de rest wordt gerecycled om RuBP te produceren. Naast glucose worden tijdens de Calvincyclus ook 18 ATP en 12 NADPH geproduceerd.

De donkerreactie, die plaatsvindt via de C4-cyclus, wordt de Hatch-Slack-route genoemd, waarbij koolstofdioxide eerst in PEP en vervolgens in RuBP wordt gefixeerd.

Wat is fotorespiratie

Fotorespiratie is de remming van de Calvin-cyclus in aanwezigheid van overtollige zuurstof. Het leidt tot het verlies van reeds gefixeerde koolstofdioxide; vandaar dat fotorespiratie de suikersynthese vermindert en de energie van de cel verspilt. Het vermogen van RuBisCO om te binden met zuurstof is verantwoordelijk voor fotorespiratie. Daarom voegt RuBisCO, in aanwezigheid van zuurstof, zuurstof toe aan de RuBP in de Calvin-cyclus in plaats van koolstofdioxide. Bij deze reactie worden twee moleculen geproduceerd: 3-PGA, een tussenproduct van de Calvin-cyclus, en fosfoglycolaat, dat niet in de Calvin-cyclus kan komen. Daarom steelt of verwijdert fotorespiratie koolstof uit de Calvin-cyclus. Bovendien gebruiken planten een reeks reacties om fosfoglycolaat terug te winnen, dat ook de energie van de cel steelt. Daarom wordt fotorespiratie beschouwd als een inefficiënte methode om energie te produceren.

Figuur 2: Fotorespiratie en Calvin-cyclus

De C4-cyclus elimineert dit probleem met de dubbele fixatie van kooldioxide. Het fixeert koolstofdioxide in PEP (fosfoenolpyruvaat) door PEP-carboxylase, waarbij oxaalacetaat wordt geproduceerd in mesofylcellen. PEP-carboxylase heeft een hogere affiniteit voor koolstofdioxide en een lage affiniteit voor zuurstof. Vervolgens wordt oxaalacetaat omgezet in malaat en naar de bundelmantelcellen getransporteerd. Malaat dissocieert in koolstofdioxide en pyruvaat in de bundelmantelcellen, waardoor de koolstofdioxideconcentratie in de cel toeneemt. In aanwezigheid van een hoge kooldioxideconcentratie bindt RuBisCO zich niet met zuurstof.

Overeenkomsten tussen fotosynthese en fotorespiratie

Verschil tussen fotosynthese en fotorespiratie

Definitie

Fotosynthese verwijst naar het proces waarbij groene planten en sommige andere organismen zonlicht gebruiken om voedingsstoffen uit koolstofdioxide en water te synthetiseren, terwijl fotorespiratie verwijst naar een ademhalingsproces waarbij planten zuurstof opnemen in het licht en wat koolstofdioxide afgeven, in tegenstelling tot de algemene patroon van fotosynthese.

Kooldioxide/zuurstof

Fotosynthese vindt voornamelijk plaats in aanwezigheid van koolstofdioxide, terwijl fotorespiratie voornamelijk plaatsvindt in aanwezigheid van zuurstof. Dit is een belangrijk verschil tussen fotosynthese en fotorespiratie.

Invloed van licht

Donkere reactie van fotosynthese vindt 's nachts plaats in afwezigheid van licht, terwijl fotorespiratie overdag plaatsvindt in aanwezigheid van licht.

Type planten

Fotosynthese vindt voornamelijk plaats in C4-planten, terwijl fotorespiratie voornamelijk voorkomt in C3-planten.

RuBisCO-activiteit

RuBisCO produceert 3-PGA van RuBP in fotosynthese, terwijl RuBisCO 3-PGA en fosfoglycolaat produceert uit RuBP in fotorespiratie.

Koolstoffixatie

Fotosynthese is het belangrijkste proces van koolstoffixatie in planten, terwijl fotorespiratie een deel van de reeds vaste koolstof verspilt.

Energie fixatie

Fotosynthese is het belangrijkste proces van energiefixatie in planten, terwijl fotorespiratie een deel van de door de cel geproduceerde energie verspilt.

efficiëntie

Een ander belangrijk verschil tussen fotosynthese en fotorespiratie is de efficiëntie van het produceren van glucose. Fotosynthese is een efficiënt proces voor het produceren van glucose, terwijl fotorespiratie een minder efficiënt proces is voor het produceren van glucose.

Conclusie

Fotosynthese is het proces dat betrokken is bij de productie van glucose uit koolstofdioxide en water door gebruik te maken van de energie uit het zonlicht. Tijdens de fotosynthese bindt het enzym RuBisCo zich aan koolstofdioxide en voegt het toe aan RuBP. Fotorespiratie is echter een alternatief proces van fotosynthese waarbij het RuBisCO-enzym zich in lage concentraties koolstofdioxide aan zuurstof bindt. Bovendien is fotorespiratie een minder efficiënt proces omdat het zowel reeds vaste koolstof als energie verspilt. Een belangrijk verschil tussen fotosynthese en fotorespiratie is dus de efficiëntie van het produceren van glucose.

Verwijzing:

1. Farabee, M J. "FOTOSYNTHESE." FOTOSYNTHESE, hier beschikbaar 2. "Fotorespiratie." Khan Academy, Khan Academy, hier beschikbaar

Afbeelding met dank aan:

1. "Fotosynthese lichtreactiediagram" door BlueRidgeKitties (CC BY 2.0) via flickr2. "Vereenvoudigd fotorespiratiediagram" door Rachel Purdon - Eigen werk (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia