Valintakoe B: Lääketiede ja biotieteet
Mitä fotosynteesissä tapahtuu?
Fotosynteesissä kasvi, levä tai syanobakteeri muuttaa valoenergiaa kemialliseksi energiaksi ja sitoo hiilidioksidia sokeriksi. Kokonaisyhtälö on 6 CO₂ + 6 H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂. Valoreaktioissa tylakoidikalvoilla vesi hajoaa ja syntyy ATP:tä ja NADPH:ta, ja Calvinin kierrossa stroomassa niiden avulla sidotaan hiilidioksidia.
Valoreaktioissa klorofylli sieppaa valon energian. Energialla hajotetaan vettä, jolloin happi vapautuu sivutuotteena, ja energia varastoidaan ATP:hen ja NADPH:hon. Fotosynteesin vapauttama happi on peräisin vedestä, ei hiilidioksidista.
Calvinin kierrossa RuBisCO-entsyymi liittää hiilidioksidin viiden hiilen sokeriin, ja syntyneet molekyylit pelkistetään ATP:n ja NADPH:n avulla sokeriksi. Yhden glukoosimolekyylin rakentamiseen tarvitaan kuusi hiilidioksidimolekyyliä. Vaihetta on kutsuttu pimeäreaktioiksi, koska se ei käytä valoa suoraan.
Fotosynteesin nopeutta rajoittaa kulloinkin se tekijä, jota on vähiten suhteessa tarpeeseen: valon määrä, hiilidioksidin pitoisuus tai lämpötila. Kuvaajassa nopeus kasvaa valon mukana, kunnes jokin muu tekijä alkaa rajoittaa ja käyrä tasaantuu.
Kaava
6 CO₂ + 6 H₂O + valoenergia → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂
Esimerkki
Kasvi valmistaa fotosynteesissä 90 g glukoosia. Kuinka paljon hiilidioksidia se sitoo ja kuinka paljon happea vapautuu? M(C₆H₁₂O₆) = 180,16 g/mol, M(CO₂) = 44,01 g/mol ja M(O₂) = 32,00 g/mol.
- Glukoosia: n = 90 g / 180,16 g/mol ≈ 0,500 mol.
- Yhtälön mukaan glukoosia kohti tarvitaan 6 CO₂: n(CO₂) = 3,00 mol, eli m = 3,00 mol · 44,01 g/mol ≈ 132 g.
- Happea vapautuu 3,00 mol eli 3,00 mol · 32,00 g/mol = 96 g.
Tyypillinen virhe
Tavallinen väärinkäsitys on, että pimeäreaktiot tapahtuvat yöllä. Calvinin kierto käyttää valoreaktioiden tuottamaa ATP:tä ja NADPH:ta, jotka loppuvat pimeässä nopeasti. Siksi se toimii päivällä valoreaktioiden rinnalla.
Valintakokeessa B
Fotosynteesi kuuluu lukion biologiaan, ja reaktioyhtälön laskut ovat kemiaa. Valintakoe B arvioi kuvaajien tulkintaa, joten rajoittavan tekijän vaihtuminen fotosynteesin kuvaajassa kannattaa osata selittää.
Missä kurssissa tämä opetetaan
SmartVK:n valintakoe B -kurssin luvussa 18: Kasvibiologia ja lajiutuminen. Katso kurssin sisältö.
Kysymyksiä
Miksi lehdet ovat vihreitä?
Klorofylli absorboi tehokkaasti sinistä ja punaista valoa, mutta vihreää valoa se absorboi heikosti. Vihreä valo heijastuu ja siroaa lehdestä, joten näemme lehden vihreänä. Syksyllä klorofylli hajoaa ensin, jolloin keltaiset ja oranssit karotenoidit tulevat näkyviin.
Mitä eroa on fotosynteesillä ja soluhengityksellä?
Fotosynteesi sitoo energiaa: se käyttää valoa, hiilidioksidia ja vettä ja tuottaa sokeria ja happea. Soluhengitys vapauttaa energiaa: se käyttää sokeria ja happea ja tuottaa hiilidioksidia, vettä ja ATP:tä. Kasvi tekee molempia, eläin vain soluhengitystä. Fotosynteesi tapahtuu viherhiukkasissa, soluhengitys mitokondrioissa.