Fotosinteza

Fotosinteza este procesul prin care plantele verzi folosesc energia luminii ca să formeze substanțe organice din dioxid de carbon și apă. Are loc în cloroplaste, mai ales în celulele frunzelor. Clorofila din cloroplaste absoarbe lumina. Apa ajunge în frunze din rădăcini, iar dioxidul de carbon intră din aer, prin mici deschideri numite stomate.

Pe scurt, planta folosește dioxid de carbon și apă, în prezența luminii, pentru a produce substanțe organice și oxigen. Această descriere arată materiile prime și produsele, dar nu toți pașii intermediari. Planta folosește substanțele organice produse pentru creștere, depozitare sau alte activități; oxigenul poate fi eliberat în aer. Fotosinteza susține multe lanțuri trofice, deoarece energia și materia din plante ajung, direct sau indirect, la alte viețuitoare.

Observă o plantă în lumină și una ținută mult timp în întuneric: ambele au nevoie de apă, dar fără lumină planta verde nu poate produce substanțe organice prin fotosinteză. Nu înseamnă că rădăcina „mănâncă” hrana din pământ. Ea absoarbe apă și săruri, pe când carbonul folosit la construirea multor molecule organice vine din aer. Planta respiră și ziua, și noaptea; fotosinteza și respirația sunt procese diferite.

Exemplu rezolvat: două plante de mușcată

Un elev așază două mușcate la fel de mari și le udă la fel: una pe pervazul unei ferestre luminoase, cealaltă într-un dulap închis. După o săptămână, planta din dulap are frunzele palide. Cum explici diferența?

1. Notăm ce este la fel: ambele primesc apă, aer cu dioxid de carbon și au aceeași temperatură. Singura deosebire este lumina.
2. În frunzele de pe pervaz, clorofila din cloroplaste absoarbe lumina. Cu apa adusă din rădăcini și cu dioxidul de carbon intrat prin stomate, frunzele formează glucoză, din care planta face amidon, și eliberează oxigen.
3. În dulap fotosinteza nu are loc. Planta își consumă rezervele, pierde treptat clorofila, iar frunzele se îngălbenesc.
4. Concluzie: lumina este o condiție necesară a fotosintezei, chiar dacă planta are apă și dioxid de carbon.

Ecuația, factorii și importanța

În cuvinte, ecuația fotosintezei este: dioxid de carbon + apă → (lumină, clorofilă) → glucoză + oxigen. Viteza procesului depinde de lumină, de temperatură, de cantitatea de dioxid de carbon din aer și de apa din plantă. Factorul care se găsește în cea mai mică măsură față de nevoile plantei încetinește tot procesul. Fotosinteza este importantă pentru toate viețuitoarele: produce substanțele organice cu care se hrănesc, direct sau indirect, animalele și omul, eliberează oxigenul din aer și consumă dioxid de carbon.

Ecuația globală simplificată a fotosintezei este $6\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2+6{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\stackrel{\text{lumina˘, clorofila˘}}{\to }{\mathrm{C}}_6{\mathrm{H}}_{12}{\mathrm{O}}_6+6{\mathrm{O}}_2$. Forma care arată proveniența oxigenului este $6\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2+12{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\to {\mathrm{C}}_6{\mathrm{H}}_{12}{\mathrm{O}}_6+6{\mathrm{O}}_2+6{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$: oxigenul vine din apa descompusă prin fotoliză, iar cele 6 molecule de apă din dreapta sunt apă nou formată. Fotosinteza este un proces anabolic și endergonic: energia luminoasă devine energie chimică în legăturile glucozei.

Procesul are loc în cloroplastele celulelor cu clorofilă, mai ales în mezofilul frunzei. Apa și sărurile minerale urcă din rădăcini prin vasele lemnoase, $\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$ intră prin stomate, iar glucoza formată se depozitează temporar ca amidon în cloroplast sau se transformă în zaharoză, transportată prin vasele liberiene. Structura frunzei este tratată în Structura frunzei, iar fazele procesului în Etapele și evidențierea fotosintezei. Cloroplastele sunt descrise în lecția despre celula vegetală și celula animală, iar plantele ca organisme în lecția Organismul plantei.

Rolul clorofilei și al frunzei

Clorofila absoarbe mai ales lumina roșie și albastră (albastru-violetă) și o reflectă pe cea verde; de aceea frunzele par verzi. Frunza are o construcție potrivită fotosintezei: limbul este lat și subțire, deci prinde multă lumină; mezofilul are celule pline cu cloroplaste; stomatele lasă să intre CO₂; nervurile aduc apa și duc substanțele formate.

Cloroplastul are două membrane, o stromă și grane formate din tilacoide suprapuse. O celulă din parenchimul palisadic conține zeci de cloroplaste.

Cele două faze

Programa de clasa a X-a include etapele fotosintezei fără mecanismul lor intim. Pe scurt:

1. Faza de lumină are loc în membranele interne ale cloroplastului. Clorofila captează energia luminii. Apa este descompusă, iar oxigenul din ea este eliberat în atmosferă; energia luminii se păstrează în compuși bogați în energie (ATP).
2. Faza de întuneric are loc în stroma cloroplastului. Dioxidul de carbon este fixat și transformat, cu energia din prima fază, în glucoză. Se numește „de întuneric” pentru că nu folosește direct lumina, nu pentru că ar avea loc numai noaptea.

Glucoza formată este transformată în amidon, depozitat temporar, și în alte substanțe organice, transportate cu seva elaborată în toată planta. Ea servește drept substrat pentru respirație, pentru sinteza celulozei din pereții celulari și, prin transformări ulterioare, a lipidelor și proteinelor plantei.

Cum se pune în evidență

Fotosinteza se poate demonstra după oricare dintre substanțele implicate:

• după oxigenul produs: o ramură de plantă acvatică pusă la lumină eliberează bule de gaz în care un chibrit aprins arde mai viu;
• după substanța organică produsă: o frunză ținută la lumină, decolorată în alcool și tratată cu soluție de iod, se colorează în albastru-violet, semn că s-a format amidon; partea ferită de lumină nu se colorează;
• după CO₂ absorbit: o plantă ținută la lumină într-un spațiu închis scade cantitatea de dioxid de carbon din aer.

Factorii care influențează fotosinteza

Intensitatea fotosintezei crește cu intensitatea luminii și cu concentrația de CO₂, dar numai până la o anumită valoare, peste care rămâne constantă. Temperatura are un optim: la temperaturi prea scăzute sau prea ridicate, fotosinteza scade. Lipsa apei închide stomatele, deci oprește intrarea CO₂, iar lipsa unor săruri minerale, cum sunt cele de magneziu, din care se formează clorofila, o încetinește.

Lumina contează prin intensitate, durată și compoziție. Aerul conține aproximativ 0,04% $\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$; creșterea concentrației până la aproximativ 0,1% mărește viteza, apoi apare saturația. Temperatura influențează enzimele din faza de întuneric: la plantele din zona temperată optimul se află între 20 și 30 °C, iar peste 40 °C enzimele se denaturează. La punctul de compensare, $\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$ consumat prin fotosinteză egalează $\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$ eliberat prin respirație.

Fotosinteza și respirația

Planta respiră tot timpul, în toate celulele, consumând oxigen și substanțe organice. Ziua, la lumină suficientă, fotosinteza este mai intensă decât respirația, așa că planta eliberează mai mult oxigen decât consumă. Noaptea are loc numai respirația.

Importanța

Fotosinteza produce biomasa de la baza lanțurilor trofice, menține oxigenul atmosferic de aproximativ 21%, consumă $\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$ și a format, în trecutul geologic, materia din care provin cărbunii și petrolul. Despre ce se întâmplă cu substanțele organice formate, vezi și capitolul despre metabolism.

Exemple rezolvate

Exemplul 1: ce intră și ce iese

Completează: „În fotosinteză, planta consumă ... și ... și produce ... și ...”.

Răspuns: consumă dioxid de carbon și apă și produce glucoză (substanță organică) și oxigen.

Exemplul 2: ce arată experimentul?

O frunză de mușcată este acoperită parțial cu o bandă de hârtie neagră și lăsată o zi la soare. Apoi frunza este decolorată și tratată cu soluție de iod. Ce se observă și ce concluzie tragi?

1. Partea luminată se colorează în albastru-violet: conține amidon.
2. Partea acoperită nu se colorează: acolo nu s-a format amidon.
3. Concluzia: fotosinteza are nevoie de lumină.

Exemplul 3: un calcul pe ecuația fotosintezei

Câte grame de glucoză și câte grame de oxigen se formează prin fotosinteză din 264 g de dioxid de carbon? (Masele molare: CO₂ = 44 g/mol, C₆H₁₂O₆ = 180 g/mol, O₂ = 32 g/mol.)

1. 264 g de CO₂ înseamnă 264 : 44 = 6 moli.
2. După ecuație, din 6 moli de CO₂ rezultă 1 mol de glucoză și 6 moli de O₂.
3. Glucoza: 1 × 180 = 180 g. Oxigenul: 6 × 32 = 192 g.

Verificare: reactanții, 264 g de CO₂ și 6 × 18 = 108 g de apă, cântăresc 372 g, cât produșii: 180 + 192 = 372 g.

Exemplul 4: afirmația de corectat

„Faza de întuneric a fotosintezei are loc numai noaptea.” Este adevărată sau falsă? Corecteaz-o, dacă e cazul.

Răspuns: falsă. Varianta corectă: „Faza de întuneric a fotosintezei nu folosește direct lumina.” Ea are loc și ziua, imediat după faza de lumină, din ai cărei produși depinde.

Exemplul 5: bilanțul de masă

Câte grame de glucoză și de oxigen se formează dacă o frunză leagă 22 g de $\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$? ($M_{\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2}=44$ g/mol; $M_{{\mathrm{C}}_6{\mathrm{H}}_{12}{\mathrm{O}}_6}=180$ g/mol; $M_{{\mathrm{O}}_2}=32$ g/mol)

1. $\nu (\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2)=22/44=0,5$ mol.
2. Din ecuație, 6 mol $\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$ dau 1 mol glucoză și 6 mol ${\mathrm{O}}_2$. Deci 0,5 mol $\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$ dau $0,5/6=1/12$ mol glucoză și 0,5 mol ${\mathrm{O}}_2$.
3. $m(\mathrm{glucoz}\breve{\mathrm{a}})=180/12=15$ g; $m({\mathrm{O}}_2)=0,5\cdot 32=16$ g.
4. Verificare: se consumă și 0,5 mol apă, adică 9 g; $22+9=31$ g reactanți și $15+16=31$ g produși.

Exemplul 6: factorul limitant

O plantă acvatică (ciuma-apelor) este iluminată cu intensități crescânde, la 25 °C, în apă cu aer dizolvat. Intensitatea luminii (unități relative) și numărul de bule de oxigen pe minut sunt: 10 – 6; 20 – 12; 40 – 24; 60 – 30; 80 – 30. Care factor limitează fotosinteza?

1. Între 10 și 40 de unități, viteza se dublează când lumina se dublează; raportul rămâne $6/10=12/20=24/40=0,6$. Aici lumina este factorul limitant.
2. La 60 și 80 de unități viteza rămâne 30: s-a atins saturația față de lumină.
3. Procesul este limitat acum de alt factor, de exemplu concentrația de $\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$ sau temperatura.
4. Verificare: se adaugă în apă bicarbonat de sodiu, sursă de $\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$. Dacă viteza la 80 de unități crește, limita era $\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$.

Unde apare la examen

• Bacalaureatul, Biologie vegetală și animală: programa de examen include fotosinteza: ecuația chimică, etapele (fără mecanismul intim), punerea în evidență după CO₂ absorbit, după substanța organică produsă și după O₂ produs, importanța ei și rolul pigmenților asimilatori, clorofila a și clorofila b (programa de examen, anexa 2 la OMECTS 4800/2010). La sesiunea din iunie–iulie 2026, varianta 3 a cerut la Subiectul al III-lea explicarea faptului că celulele vegetale, spre deosebire de cele animale, conțin pigmenți clorofilieni (subiectele și baremele Bac 2026).
• Clasa a VI-a: programa include fotosinteza, rolul cloroplastelor și al stomatelor, influența factorilor de mediu și importanța fotosintezei și propune experimente de punere în evidență: producerea de oxigen la o plantă acvatică, nevoia de CO₂, producerea de amidon, extragerea pigmenților (programa de gimnaziu, OMEN 3393/2017).
• Admiterea la Medicină: fotosinteza nu face parte din tematica de admitere, limitată la manualul de anatomie și fiziologie umană de clasa a XI-a (tematica și bibliografia de admitere 2026).

Greșeli frecvente

• Greșit: Plantele respiră numai noaptea.
  Corect: Plantele respiră continuu, în toate celulele; noaptea doar se vede mai bine, pentru că fotosinteza lipsește.
• Greșit: Oxigenul eliberat provine din CO₂.
  Corect: Oxigenul eliberat provine din descompunerea apei, în faza de lumină.
• Greșit: Faza de întuneric are loc noaptea.
  Corect: Numele arată doar că lumina nu e folosită direct.
• Greșit: Fotosinteza are loc în toate celulele plantei, inclusiv în rădăcină.
  Corect: Are loc numai în celulele cu cloroplaste, mai ales în mezofilul frunzei și în tulpinile verzi tinere; rădăcina nu face fotosinteză.
• Greșit: Mai multă lumină înseamnă mereu mai multă fotosinteză.
  Corect: Peste o anumită intensitate, fotosinteza nu mai crește, pentru că este limitată de alți factori, ca CO₂ sau temperatura.

Înainte și după

Întrebări frecvente