Vad är fotosyntes och hur fungerar processen i växter?

Fotosyntes är processen där växter omvandlar ljus, koldioxid och vatten till socker och syrgas. Lär dig hur processen fungerar, steg för steg.

Fotosyntes är den biologiska process där växter, alger och vissa bakterier omvandlar ljusenergi till kemisk energi i form av socker, samtidigt som syrgas frigörs som biprodukt. Processen sker i kloroplasterna och drivs av pigmentet klorofyll, som absorberar ljus från solen.

Den här guiden förklarar vad fotosyntes är, hur de två huvudstegen fungerar, vilka faktorer som påverkar processen och varför fotosyntesen är avgörande för allt liv på jorden.

Vad innebär fotosyntes?

Fotosyntes innebär att en organism använder ljusenergi för att bygga upp energirika organiska ämnen från enkla oorganiska molekyler. Hos gröna växter sker detta genom att koldioxid från luften och vatten från marken omvandlas till glukos och syrgas med hjälp av solljus.

Processen är grunden för nästan all energi i jordens ekosystem. Utan fotosyntes skulle varken syre, mat eller fossila bränslen existera i de former vi känner dem idag.

Vilka organismer kan utföra fotosyntes?

Tre grupper av organismer kan utföra fotosyntes:

Gröna växter, som träd, gräs och örter
Alger, från encelliga mikroalger till stora brunalger
Cyanobakterier, en typ av fotosyntetiserande bakterier

Cyanobakterierna var de första organismerna att producera syrgas via fotosyntes, för mer än två miljarder år sedan. Det var detta syresättande av atmosfären som lade grunden för flercelligt liv på jorden.

Var i växten sker fotosyntesen?

Fotosyntesen sker i kloroplasterna, som finns i cellerna hos alla gröna växtdelar. Bladen är den primära platsen, eftersom de har störst yta för ljusupptagning och innehåller flest kloroplaster.

Koldioxid tas upp via klyvöppningar (stomata), som sitter framför allt på bladens undersida. Vatten transporteras upp från rötterna via kärlsystemet och når bladen där det används i fotosyntesens ljusreaktion.

Vad är formeln för fotosyntes?

Fotosyntesens kemiska formel visar exakt vilka ämnen som förbrukas och produceras under processen. Formeln används som standard i svensk biologi- och kemiundervisning.

Hur läser man fotosyntesens kemiska formel?

Standardformeln för fotosyntes är:

6 CO₂ + 6 H₂O + ljusenergi → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂

Formeln läses som att sex molekyler koldioxid och sex molekyler vatten, med tillförsel av ljusenergi, omvandlas till en molekyl glukos (C₆H₁₂O₆) och sex molekyler syrgas. Glukosen lagrar den kemiska energin som växten sedan använder för tillväxt och metabolism.

Vad är skillnaden mellan den förenklade och kemiska formeln?

Den förenklade formeln, som används i grundskolan, lyder:

ljusenergi + koldioxid + vatten → druvsocker + syrgas

Den kemiska formeln är mer precis och visar de exakta molekylerna och proportionerna. Båda beskriver samma process, men den kemiska formeln ger en fullständig bild av de atomära omvandlingarna som sker.

Hur fungerar fotosyntesens två huvudsteg?

Fotosyntesen består av två sammanlänkade steg: ljusreaktionen och mörkerreaktionen (Calvincykeln). De sker på olika platser i kloroplasten och är beroende av varandra för att processen ska fungera.

Vad händer i ljusreaktionen?

Ljusreaktionen sker i tylakoidmembranen inne i kloroplasten. Klorofyll absorberar ljusenergi och startar en kedja av reaktioner:

Vatten spjälkas i en process kallad fotolys, vilket frigör elektroner, protoner och syrgas. Det syrgas som frigörs här är det som vi andas.
Den absorberade ljusenergin används för att bilda energimolekylerna ATP och NADPH.
ATP och NADPH förs vidare till mörkerreaktionen.

Ljusreaktionen kräver direkt tillgång till ljus och kan inte ske i mörker.

Vad händer i mörkerreaktionen och Calvincykeln?

Mörkerreaktionen sker i stroman, den vätskefyllda delen av kloroplasten. Trots namnet “mörkerreaktion” sker den ofta parallellt med ljusreaktionen under dagtid, men den kräver inte ljus direkt.

Processen kallas Calvincykeln efter Melvin Calvin, som kartlade den under 1950-talet. I Calvincykeln:

Koldioxid från luften binds och assimileras med hjälp av enzymet RuBisCO.
ATP och NADPH från ljusreaktionen driver omvandlingen av koldioxid till glukos.
Cykeln upprepar sig och bygger successivt upp kolhydratmolekyler.

Mörkerreaktionen är beroende av att ljusreaktionen levererar ATP och NADPH. Om ljuset försvinner stannar hela fotosyntesen av inom kort.

Vilken roll spelar klorofyll i fotosyntesen?

Klorofyll är det centrala pigmentet i fotosyntesen och finns i tylakoidmembranen inne i kloroplasterna. Utan klorofyll kan ingen ljusenergi absorberas och fotosyntesen kan inte starta.

Varför är växter gröna?

Växter är gröna eftersom klorofyll absorberar rött och blått ljus, men reflekterar grönt ljus tillbaka. Det gröna ljuset som studsar tillbaka når våra ögon och gör att vi uppfattar blad och gräs som gröna.

Klorofyll utnyttjar alltså det röda och blå spektrumet av solljuset mest effektivt för fotosyntes, medan det gröna ljuset lämnas oanvänt.

Hur absorberar klorofyll ljusenergi?

Klorofyllmolekylen har en struktur som gör den känslig för specifika våglängder av ljus. När en ljusfoton med rätt energi träffar klorofyllmolekylen, absorberas fotonen och en elektron i molekylen lyfts till ett högre energitillstånd.

Den energin används sedan direkt i tylakoidmembranen för att driva bildandet av ATP och NADPH via en process kallad fotosyntetisk elektrontransport. Det finns två typer av klorofyll i gröna växter: klorofyll a och klorofyll b, som absorberar ljus vid något olika våglängder och kompletterar varandra.

Vilka faktorer påverkar fotosyntesens hastighet?

Fotosyntesens hastighet styrs av flera omgivningsfaktorer. I naturliga miljöer och i växthusodling är det avgörande att förstå hur dessa faktorer samverkar för att optimera tillväxten.

Hur påverkar ljusmängden fotosyntesen?

Mer ljus ökar fotosynteshastigheten upp till en viss gräns, kallad ljusmättnadspunkt. Bortom den punkten kan inte mer ljus öka fotosyntesen ytterligare, eftersom enzymer och reaktionskedjor arbetar på maximal kapacitet.

Vid låg ljusnivå sker ljuskompensationspunkten, där fotosyntesen producerar lika mycket syre som cellens andning förbrukar. Under den punkten går växtens ämnesomsättning med underskott.

I växthusodling används artificiell belysning med anpassat spektrum, där rött och blått ljus prioriteras, för att maximera fotosyntesen under perioder med lite naturligt dagsljus.

Hur påverkar koldioxidhalten fotosyntesen?

En höjd koldioxidhalt i luften ökar fotosynteshastigheten, eftersom CO₂ är ett av råämnena i Calvincykeln. I kommersiella växthus tillförs ibland extra koldioxid för att höja koncentrationen från normala 420 ppm till 800–1 000 ppm, vilket kan öka avkastningen påtagligt.

Vid koldioxidnivåer under 150–200 ppm stannar fotosyntesen av helt, eftersom enzymet RuBisCO inte kan binda tillräckligt med koldioxid för att driva Calvincykeln.

Hur påverkar temperaturen fotosyntesen?

Fotosyntesen är beroende av enzymreaktioner, och enzymer fungerar bäst inom ett visst temperaturintervall. För de flesta växter ligger optimum mellan 20 och 30 grader Celsius.

Under 5 grader bromsas fotosyntesen kraftigt eftersom enzymer arbetar långsammare vid låg temperatur. Över 40 grader börjar enzymerna denatureras, vilket minskar fotosynteshastigheten snabbt. Temperaturen samverkar med ljus och koldioxid, vilket gör att alla tre faktorer behöver vara optimerade samtidigt för maximal fotosyntes.

Varför är fotosyntes viktigt för livet på jorden?

Fotosyntesen beskrivs i biologin som den viktigaste processen för livet på jorden. Den producerar både det syre vi andas och den energi som driver alla ekosystem.

Hur bidrar fotosyntesen till syret i atmosfären?

Nästan allt syre i jordens atmosfär har bildats genom fotosyntesen hos växter, alger och cyanobakterier. Syret är en biprodukt av fotolys, det vill säga när vattenmolekyler spjälkas i ljusreaktionen.

Cyanobakterierna började producera syrgas för mer än två miljarder år sedan. Det förändrade atmosfären fundamentalt och möjliggjorde utvecklingen av alla syreberoende organismer, inklusive människan. Utan fotosyntesen skulle atmosfärens syrehalt sjunka och allt aerobiskt liv upphöra.

Hur kopplas fotosyntes till klimat och koldioxidupptag?

Växter binder koldioxid från luften i Calvincykeln och bygger upp kolhydrater, fetter och proteiner av det kolet. Det innebär att fotosyntesen är jordens viktigaste naturliga koldioxidfälla.

Skogar, hav och annan vegetation tar upp stora mängder koldioxid varje år och motverkar på så sätt ökningen av växthusgaser i atmosfären. När skogar avverkas eller bränns minskar jordens kapacitet att absorbera koldioxid, vilket förstärker klimatförändringarna. Fotosyntesen är därmed direkt kopplad till koldioxidcykeln och jordens klimatbalans.

Vad är skillnaden mellan fotosyntes och cellandning?

Fotosyntes och cellandning är motsatta processer som kompletterar varandra i naturens kretslopp.

Fotosyntes bygger upp glukos och syrgas från koldioxid och vatten med hjälp av ljusenergi. Processen lagrar energi i kemisk form.

Cellandning bryter ned glukos med hjälp av syrgas och frigör koldioxid, vatten och energi som cellen kan använda direkt. Processen frigör den energi som fotosyntesen lagrade.

Process	Råämnen	Produkter	Energi
Fotosyntes	CO₂ + H₂O + ljus	Glukos + O₂	Lagras i glukos
Cellandning	Glukos + O₂	CO₂ + H₂O	Frigörs som ATP

Växter utför båda processerna: fotosyntes under ljusa timmar och cellandning dygnet runt. Djur och människor utför bara cellandning och är därmed beroende av att växter och alger producerar glukos och syrgas åt dem.

Kan fotosyntes ske utan solljus?

Fotosyntes kräver ljusenergi, men den behöver inte komma från solen. Det avgörande är att ljuset har rätt spektrum och tillräcklig intensitet för att aktivera klorofyllet.

Hur fungerar fotosyntes med artificiellt växtljus?

Artificiellt växtljus kan ersätta solljuset och driva fotosyntes, förutsatt att lampan avger ljus inom de våglängder som klorofyll absorberar. Klorofyll absorberar effektivast rött ljus (kring 660–680 nm) och blått ljus (kring 430–450 nm).

LED-lampor konstruerade som växtljus kombinerar dessa våglängder och används i inomhusodling, vertikala odlingssystem och i forskning. Grönt ljus absorberas i mycket liten utsträckning av klorofyll och bidrar minimalt till fotosyntesen, trots att det är den dominerande komponenten i vanligt vitt ljus.

Vad är artificiell fotosyntes och varför forskas det på det?

Artificiell fotosyntes är en teknik som efterliknar växternas förmåga att omvandla solenergi till kemisk energi, men i ett tekniskt system utan biologiska celler. Forskargrupper vid bland annat Uppsala universitet arbetar med att utveckla katalysatorer och material som kan spjälka vatten och binda koldioxid med hjälp av solljus.

Målet är att producera solbränslen, som vätgas eller metanol, direkt från sol, vatten och koldioxid. Om tekniken skalas upp skulle den kunna ge tillgång till förnybar energi oberoende av geografi och väderförhållanden. Artificiell fotosyntes ses som en av de mest lovande vägarna mot en fossilfri energiförsörjning.

Vanliga frågor om fotosyntes

Nedan besvaras de vanligaste frågorna om fotosyntes kortfattat och direkt.

Kan fotosyntes ske på natten?

Ljusreaktionen kräver ljus och sker inte i mörker. Calvincykeln är tekniskt sett ljusoberoende, men stannar av på natten eftersom den är beroende av ATP och NADPH som bara produceras i ljusreaktionen. Fotosyntesen upphör alltså i praktiken när ljuset försvinner.

Växter fortsätter däremot med cellandning på natten, vilket förbrukar syrgas och frigör koldioxid, precis som djur gör.

Vad händer om en växt inte får tillräckligt med ljus?

En växt som får för lite ljus producerar mindre glukos än vad cellandningen förbrukar. Det leder till att växten tär på sina lagrade energireserver. Synliga tecken är gulnande blad (klorosfyll bryts ned för att spara kväve), uppdragna och svaga skott samt långsam tillväxt.

Vid extremt lite ljus under lång tid dör växten till slut av energibrist. Olika växtarter har olika ljuskrav, varför skuggtåliga arter klarar sig i sämre ljusförhållanden än solkrävande arter.

Har alla växtdelar förmåga att fotosyntetisera?

Fotosyntesen sker i alla gröna växtdelar som innehåller kloroplaster. Det inkluderar blad, gröna stjälkar och omogna gröna frukter som omogna tomater eller äpplen.

Rötter, blomblad i andra färger än grönt, bark och mogna frukter saknar i regel kloroplaster och kan inte fotosyntetisera. Bladen är den dominerande platsen för fotosyntes på grund av sin stora yta, tunna form och höga täthet av kloroplaster.