Les over 3 Fotosynthese en verbranding

Leerdoelen

•Je kunt het verschil tussen organische en anorganische stoffen uitleggen en hier voorbeelden van geven.

•Je kunt het begrip stofwisseling definiëren en hier voorbeelden van geven.

•Je kunt de processen fotosynthese en verbranding beschrijven en de bijbehorende reacties benoemen.

•Je kunt uitleggen hoe de gasuitwisseling en stofomzetting van een plant overdag en 's nachts verschilt.

•Je kunt beschrijven hoe organismen in een gesloten ecosysteem zoals een EcoSphere elkaar in leven houden.

Organische en anorganische stoffen

De stoffen waaruit organismen bestaan, zijn in twee groepen te verdelen:

•Organische stoffen zijn de stoffen waaruit levende en dode organismen zijn opgebouwd. Ze zijn altijd door organismen gevormd en zijn zeer rijk aan energie. Voorbeelden hiervan zijn koolhydraten (zoals glucose en zetmeel), eiwitten en vetten.

•Anorganische stoffen komen zowel in levende organismen voor als in de levenloze natuur. Deze stoffen bevatten weinig energie. Voorbeelden zijn water en mineralen zoals ijzer.

Beide groepen stoffen zijn essentieel voor het functioneren van organismen. Water is bijvoorbeeld een belangrijke bouwstof voor alle cellen. Het mineraal ijzer is voor planten noodzakelijk om bladgroen te maken; zonder ijzer worden bladeren geel en functioneren ze niet goed. Mensen hebben ijzer nodig voor de aanmaak van hemoglobine in rode bloedcellen. Veel van ons voedsel bestaat uit plantaardige organische stoffen die ons van energie voorzien, naast de benodigde anorganische stoffen.

Wat is stofwisseling?

In elk organisme worden voortdurend nieuwe stoffen gevormd en wordt er energie vrijgemaakt. Onder stofwisseling (ook wel metabolisme genoemd) verstaan we alle processen in een organisme waarbij stoffen worden omgezet in andere stoffen. Belangrijke voorbeelden van deze stofwisselingsprocessen zijn fotosynthese en verbranding.

Fotosynthese

Planten kunnen hun eigen energierijke voedingsstoffen maken via het proces van fotosynthese. Dit proces vindt uitsluitend plaats in cellen met bladgroenkorrels wanneer er voldoende (zon)licht is en de temperatuur geschikt is. Tijdens de fotosynthese neemt de plant de anorganische stoffen koolstofdioxide en water op en zet deze met behulp van lichtenergie om in glucose en zuurstof. De lichtenergie wordt hierbij als chemische energie vastgelegd in de geproduceerde glucose. De reactie van fotosynthese kan als volgt in woorden worden samengevat: koolstofdioxide + water + lichtenergie → glucose + zuurstof In chemische letters ziet deze omzetting er zo uit:

Verbranding

In alle levende cellen van organismen vindt voortdurend verbranding plaats om energie vrij te maken. Bij verbranding reageert een energierijke brandstof met zuurstof. De energie die in de brandstof opgeslagen lag, komt hierbij vrij. De producten die hierbij ontstaan (de verbrandingsproducten) zijn altijd anorganische stoffen die vrijwel geen energie meer bevatten: koolstofdioxide en water. Meestal is glucose de brandstof in de cellen, maar ook andere organische stoffen zoals eiwitten, koolhydraten en vetten kunnen als brandstof dienen. De reactie van de verbranding van glucose kan als volgt in woorden worden samengevat: glucose + zuurstof → koolstofdioxide + water + energie In chemische letters ziet deze verbranding er zo uit:

De energie die bij de verbranding vrijkomt, wordt door organismen voor verschillende levensprocessen gebruikt:

•Planten gebruiken de energie voor groei en voortplanting.

•Mensen en dieren gebruiken de energie eveneens voor groei en voortplanting, maar daarnaast ook om te kunnen bewegen en om hun lichaam warm te houden.

Fotosynthese en verbranding in de plant

Bij fotosynthese gebeurt in feite het omgekeerde van wat er bij verbranding gebeurt. In een levende plant vinden deze processen op verschillende manieren naast elkaar plaats, afhankelijk van de aanwezigheid van licht:

•Overdag (in het licht): Er vindt zowel fotosynthese als verbranding plaats in de groene delen van de plant. Omdat er overdag meestal veel meer fotosynthese plaatsvindt dan verbranding, produceert de plant meer zuurstof en glucose dan hij zelf verbruikt. De overtollige zuurstof wordt via de huidmondjes aan de lucht afgegeven. De overtollige glucose wordt omgezet in zetmeel en tijdelijk in de bladeren opgeslagen.

•'s Nachts (in het donker): Omdat er geen licht is, vindt er 's nachts geen fotosynthese plaats. De verbranding gaat echter ononderbroken door. De plant neemt nu zuurstof op en geeft koolstofdioxide af aan de lucht. Het overdag opgeslagen zetmeel in de bladeren wordt omgezet in suiker. Deze suiker wordt opgelost in water en via de bastvaten naar andere delen van de plant getransporteerd, waar het kan worden gebruikt voor verbranding of weer kan worden omgezet in zetmeel of andere organische stoffen.

Stofwisselingsprocessen meten en aantonen

Je kunt de processen van fotosynthese en verbranding meten door planten in een afgesloten ruimte te plaatsen, zodat gassen niet kunnen ontsnappen. De aanwezigheid van koolstofdioxide kun je aantonen met helder kalkwater. Wanneer koolstofdioxide in contact komt met helder kalkwater, treedt er een reactie op waardoor het kalkwater troebel wordt. Wanneer planten, dieren, bacteriën en schimmels samen in een afgesloten ruimte worden geplaatst, kunnen ze elkaar in leven houden mits er een evenwicht is waarbij er net zoveel fotosynthese als verbranding plaatsvindt. Een bekend voorbeeld hiervan is de EcoSphere: een volledig gesloten glazen bol waarin algen, bacteriën, koralen en kleine garnaaltjes samenleven. De garnalen eten algen en bacteriën, hun uitwerpselen worden door bacteriën afgebroken tot mineralen (voedingsstoffen voor de algen), en de algen produceren via fotosynthese weer zuurstof en voedsel.