Φωτοσύνθεση και αναπνοή

Από πού ήρθαν τα κιλά της ιτιάς;

Γύρω στο 1640, ο Φλαμανδός γιατρός Γιαν βαν Χέλμοντ φύτεψε ένα μικρό κλαδί ιτιάς, περίπου $2$ κιλών, σε ένα βαρέλι με χώμα που είχε ζυγίσει προσεκτικά. Για πέντε χρόνια το πότιζε μόνο με νερό της βροχής.

Στο τέλος η ιτιά ζύγιζε περίπου $77$ κιλά. Το χώμα; Είχε χάσει μόλις $60$ γραμμάρια περίπου.

Το δέντρο λοιπόν δεν έφαγε το χώμα. Ο βαν Χέλμοντ συμπέρανε ότι όλη η μάζα ήρθε από το νερό. Είχε δίκιο κατά το ήμισυ. Το άλλο μισό ήρθε από κάτι που δεν μπορούσε να ζυγίσει: τον αέρα.

Η φωτοσύνθεση

Ξέρεις ήδη ότι τα φυτά είναι αυτότροφοι οργανισμοί: φτιάχνουν μόνα τους την τροφή τους. Ο τρόπος λέγεται φωτοσύνθεση — «σύνθεση με φως».

Με λέξεις:

διοξείδιο του άνθρακα + νερό → γλυκόζη + οξυγόνο

με τη βοήθεια του φωτός και της χλωροφύλλης.

Με χημικά σύμβολα, για όποιον ενδιαφέρεται:

$$6\,\text{CO}_2 + 6\,\text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 + 6\,\text{O}_2$$

Ας δούμε από πού έρχεται το καθένα:

• Το διοξείδιο του άνθρακα μπαίνει από τον αέρα, μέσα από τα στόματα του φύλλου.
• Το νερό έρχεται από τη ρίζα, μέσα από τα ξυλώδη αγγεία.
• Το φως το απορροφά η χλωροφύλλη, η πράσινη χρωστική μέσα στους χλωροπλάστες.
• Η γλυκόζη είναι ζάχαρη: η τροφή και το δομικό υλικό του φυτού.
• Το οξυγόνο είναι «υποπροϊόν». Ένα μέρος το χρησιμοποιεί το ίδιο το φυτό, το υπόλοιπο φεύγει από τα στόματα.

Η φωτοσύνθεση αποθηκεύει την ενέργεια του φωτός μέσα στη γλυκόζη, ως χημική ενέργεια. Κάθε μπουκιά που τρως — ακόμη και το κρέας — περιέχει ενέργεια που κάποτε ήταν φως του ήλιου.

Τι γίνεται με τη γλυκόζη

Το φυτό δεν κρατά τη γλυκόζη όπως είναι. Τη μετατρέπει:

• σε άμυλο, για αποθήκευση (στα φύλλα, στην πατάτα, στο σιτάρι),
• σε κυτταρίνη, το υλικό του κυτταρικού τοιχώματος,
• σε λίπη και, με τη βοήθεια ανόργανων αλάτων από το χώμα, σε πρωτεΐνες.

Γι' αυτό μεγάλωσε η ιτιά: το ξύλο της είναι κυρίως κυτταρίνη, φτιαγμένη από άνθρακα του αέρα και νερό.

Πώς ξέρουμε ότι ένα φύλλο φωτοσύνθεσε

Το άμυλο αναγνωρίζεται εύκολα: με διάλυμα ιωδίου παίρνει μπλε-μαύρο χρώμα. Χωρίς άμυλο, το ιώδιο μένει καφέ-κίτρινο.

Η δοκιμή γίνεται στο εργαστήριο από τον καθηγητή σου, γιατί χρειάζεται ζεστό οινόπνευμα:

1. Το φυτό μένει πρώτα δύο μέρες στο σκοτάδι, για να καταναλώσει το άμυλο που ήδη είχε.
2. Μετά εκτίθεται στις συνθήκες που θέλουμε να ελέγξουμε.
3. Το φύλλο βράζεται λίγο σε νερό και ξεπλένεται από τη χλωροφύλλη σε ζεστό οινόπνευμα, ώστε να μη μας κρύβει το πράσινο το χρώμα.
4. Ρίχνουμε ιώδιο και κοιτάμε.

Θα βγει άμυλο;

Κάθε φύλλο προέρχεται από φυτό που έμεινε πρώτα δύο μέρες στο σκοτάδι. Μετά πέρασε από τις συνθήκες που γράφει. Τι χρώμα θα πάρει με το ιώδιο;

Το φύλλο

Μία μέρα στον ήλιοΣκεπασμένο με αλουμινόχαρτοΆσπρο κομμάτι ποικιλόχρωμου φύλλουΣτον ήλιο, χωρίς CO₂ στον αέραΠράσινο κομμάτι ποικιλόχρωμου φύλλου

Τι θα δείξει το ιώδιο;

Μπλε-μαύρο (άμυλο)Καφέ-κίτρινο (χωρίς άμυλο)

Σωστή πρόβλεψηΝαι. Φως, νερό, CO₂ και χλωροφύλλη: έγινε φωτοσύνθεση και η γλυκόζη αποθηκεύτηκε ως άμυλο.

Η κυτταρική αναπνοή

Η γλυκόζη είναι αποθήκη ενέργειας. Για να χρησιμοποιηθεί αυτή η ενέργεια — για να μεγαλώσει ένα κύτταρο, να κινηθεί, να φτιάξει νέες ουσίες — η γλυκόζη πρέπει να «καεί» αργά και ελεγχόμενα. Αυτό είναι η κυτταρική αναπνοή:

γλυκόζη + οξυγόνο → διοξείδιο του άνθρακα + νερό + ενέργεια

Γίνεται μέσα στα μιτοχόνδρια, που τα γνώρισες στο κύτταρο. Και γίνεται:

• σε όλα τα ζωντανά κύτταρα που έχουν μιτοχόνδρια — φυτικά και ζωικά,
• όλο το εικοσιτετράωρο, μέρα και νύχτα, γιατί η ανάγκη για ενέργεια δεν σταματά ποτέ.

Πρόσεξε κάτι: η αναπνοή είναι σχεδόν το αντίστροφο της φωτοσύνθεσης. Ό,τι βγάζει η μία, το παίρνει η άλλη.

Μέρα και νύχτα

• Τη μέρα, με άφθονο φως: η φωτοσύνθεση ξεπερνά την αναπνοή. Το φυτό παίρνει από τον αέρα περισσότερο CO₂ από όσο βγάζει και δίνει καθαρό κέρδος οξυγόνου.
• Τη νύχτα: μόνο αναπνοή. Το φυτό παίρνει οξυγόνο και βγάζει CO₂, όπως εσύ.
• Το σούρουπο υπάρχει μια στιγμή που οι δύο ισοφαρίζουν: το φυτό ούτε δίνει ούτε παίρνει.

Σε ένα εικοσιτετράωρο, ένα υγιές φυτό που μεγαλώνει φτιάχνει περισσότερη γλυκόζη από όση καίει. Η διαφορά είναι αυτό που γίνεται κορμός, φύλλα και καρποί.

Φωτοσύνθεση, αναπνοή ή και τα δύο;

Για κάθε πρόταση, διάλεξε σε ποια διαδικασία ταιριάζει. Κάποιες ισχύουν και για τις δύο.

Σε ποια διαδικασία;

Χρειάζεται φως

ΦωτοσύνθεσηΑναπνοήΚαι τα δύο

0 / 10

Τι επηρεάζει τη φωτοσύνθεση

Η φωτοσύνθεση επιταχύνεται όταν αυξάνεις:

• την ένταση του φωτός,
• το διοξείδιο του άνθρακα στον αέρα,
• τη θερμοκρασία, ως ένα σημείο — πολύ ζέστη την επιβραδύνει ξανά.

Αυτό που λείπει περισσότερο βάζει το όριο. Αν το φως είναι λίγο, όσο CO₂ κι αν προσθέσεις, δεν θα αλλάξει πολύ. Γι' αυτό σε κάποια θερμοκήπια ανάβουν λάμπες και ταυτόχρονα προσθέτουν CO₂ στον αέρα.

Ας το κάνουμε μαζί

Δοκίμασέ το πρώτα. Μετά δες τη λύση.

Δείξε τη λύση

Δοκίμασέ το πρώτα. Μετά δες τη λύση.

Δείξε τη λύση

Δοκίμασέ το πρώτα. Μετά δες τη λύση.

Δείξε τη λύση