Fotosynthese en verbranding in de cel.

Johannes (Jan) Ingenhousz (of Ingen-Housz) werd geboren in Breda op 8 december 1730 en stierf op 7 september 1799. Ingenhousz was een Nederlandse arts en natuuronderzoeker. Hij was de eerste die in 1779 aantoonde dat licht nodig was voor de fotosynthese in planten en dat deze op zijn beurt steeds weer nieuwe lucht produceerde om in te kunnen ademen. Hij ontdekte dat fotosynthese pas begon te werken wanneer de zon was opgekomen, en stopte wanneer de zon onderging. Hij bewees dat de planten juist de koolstofdioxide die door mensen en dieren werd uitgeademd, omzetten in zuurstof. Ingenhousz herhaalde een merkwaardig experiment van Priestley. Hierbij werd ontdekt dat een muis in een afgesloten ruimte kon blijven leven als er ook een plant in de ruimte stond. Deze plant zorgde elke keer weer voor nieuwe zuurstof en de muis maakte hier weer koolstofdioxide van voor de plant.

In alle cellen van het lichaam vinden stofwisselingsreacties plaats. Bij een stofwisselingsreactie worden in scheikundige reacties stoffen omgezet, gewisseld, in andere stoffen. De fotosynthese reactie en de verbrandingsreactie zijn voorbeelden van stofwisselingsreacties die in cellen plaats kunnen vinden. Bij de fotosynthesereactie zet de plant anorganische stoffen zoals koolstofdioxide en water met behulp van zonne-energie om in het organische, energierijke glucose. Hierbij komt ook zuurstof vrij. De plant kan deze zuurstof afgeven aan zijn omgeving. De fotosynthesereactie is een voorbeeld van opbouwstofwisseling of assimilatie. Om deze reactie te laten verlopen heeft de plant energie nodig. De benodigde energie krijgt de groene plant van de zon.

In de verbrandingsreactie wordt het organische glucose met behulp van zuurstof afgebroken tot koolstofdioxide en water. Bij verbranding wordt een groot organisch molecuul omgezet in kleine anorganische moleculen. De verbrandingsreactie is een voorbeeld van een afbraakstofwisselingsreactie of dissimilatie. Bij dissimilatiereacties komt energie vrij.

De fotosynthesereactie verloopt in de bladgroenkorrels van de plant. De plant neemt koolstofdioxide op via de huidmondjes in de bladeren en water via de wortels. In de bladgroenkorrels komen deze twee anorganische stoffen tezamen en worden hier met behulp van zonlicht omgezet in glucose. Zuurstof ontstaat hierbij als afvalproduct. Als we even dieper inzoomen op de productie van glucose dan zien we dat glucose wordt geproduceerd met behulp van twee processen. Een deel van het proces heet de lichtreactie. Het andere deel de donkerreactie. In de lichtreactie wordt ADP (weinig energie) met behulp van energie uit het zonlicht omgezet in ATP. ATP bevat veel energie. De geproduceerde ATP wordt in de donkerreactie gebruikt om van koolstofdioxide glucose te maken. ATP staat dan zijn energie af zodat de plant uit kleine anorganische stoffen via een assimilatiereactie een grote organische stof als glucose kan produceren.

In de cellen van de plant verloopt echter ook de verbrandingsreactie. De verbrandingsreactie vindt plaats in de mitochondriën van de cel. De benodigde stoffen die nodig zijn voor de verbrandingsreactie kunnen door de plant in de fotosynthese zelf worden gemaakt. Groene planten zijn autotroof. Ze zijn in staat zelf hun energierijke organische verbindingen (glucose) te produceren. De glucose en de zuurstof die met behulp van zonlicht ontstaan worden via het cytoplasma naar de mitochondriën getransporteerd. In de mitochondriën wordt glucose met behulp van zuurstof gedissimileerd, omgezet tot koolstofdioxide en water. De vrijgekomen energie kan de plant vervolgens gebruiken voor alle energierijke processen die in de cel moeten verlopen.

De fotosynthesereactie verloopt in de plantencel alleen overdags. Alleen zolang de zon schijnt. De verbrandingsreactie verloopt in de plantencel vierentwintig uur per dag. De verbrandingsreactie stopt dus eigenlijk nooit. Hij varieert in snelheid, afhankelijk van de energiebehoefte van de cel, maar de verbrandingsreactie staat nooit stil. De benodigde brandstof voor de verbrandingsreactie haalt de plant ’s nachts uit de afbraak van zetmeel. Zetmeel wordt afgebroken tot de bouwsteen glucose en getransporteerd naar de mitochondriën. De benodigde zuurstof moet de plant ’s nachts opnemen uit zijn omgeving. De plant neemt zuurstof op via de huidmondjes. Dit betekent dus dat de plant overdags zuurstof produceert en afgeeft aan zijn omgeving, maar ’s nachts gewoon zuurstof uit zijn omgeving opneemt. Als je dus slaapt met zeer veel planten in je kamertje dan is het verstandig om ’s nachts een raampje open te zetten. De plant en jij hebben gedurende de nachtrust beide zuurstof nodig voor dezelfde verbrandingsreactie.

 Planten kunnen met behulp van zonlicht uit de anorganische stoffen koolstofdioxide en water de organische stof glucose produceren. In dit grote organische molecuul is eigenlijk de zonne-energie opgeslagen. Op het moment dat het glucose in de mitochondriën van de cellen wordt verbrand komt al deze zonne-energie vrij en te beschikking van de cel. Dierlijke cellen hebben geen bladgroenkorrels en kunnen dus ook geen energierijke organische stoffen produceren. Dierlijke cellen zijn voor de verbrandingsreactie afhankelijk van de organische stoffen zoals koolhydraten en vetten die via het voedsel binnen komen. De benodigde zuurstof komt via de neus, longen en de bloedbaan bij de cellen en de mitochondriën terecht. Hoewel de intensiteit van de verbrandingsreactie in dierlijk cellen varieert, gaat de verbranding 24 uur per dag door. Maar mensen en dieren eten niet 24 uur per dag. Op het moment dat er glucose nodig is voor de verbranding kunnen de reserve brandstoffen die opgeslagen liggen in het lichaam worden aangesproken. Grote hoeveelheden brandstof liggen opgeslagen in de lever en spieren in de vorm van glycogeen. Is er glucose nodig voor de verbranding dan wordt uit glycogeen glucose gemaakt dat in de mitochondriën kan worden verbrand. Ook vetten opgeslagen onder de huid kunnen via wat chemische omzettingen gebruikt worden als brandstof voor de verbrandingsreactie in de cel. Als je dus minder brandstoffen met je voedsel binnenkrijgt dan er in de mitochondriën wordt verbrand dan worden deze voorraden aangesproken. Na verloop van tijd zal je dat aan je broek merken. Deze gaan ruimer zitten. Je zal afvallen.