La fotosintesi è un processo chimico molto importante per mezzo del quale molte piante e molti organismi ricavano energia direttamente dal sole.
Questi organismi sono chiamati autotrofi, e solo una piccola parte dell’energia solare viene elaborata in questo processo chimico, mentre il resto viene riflessa o trasformata in calore.La formula che riassume questo processo, e che tra poco verrà spiegato nel dettaglio, è:
Possiamo dire che il prodotto finale della fotosintesi è il Glucosio che si forma attraverso due fasi, una diurna e una notturna, svolgendo vari ruoli:
–Biosintesi, per produrre molecole strutturali come la cellulosa;
–Molecole di riserva, come l’amido;
–Degradazione, viene degradato per ricavare altra energia come l’ATP.
Prima di vedere quali sono i processi e cosa avviene a livello fisiologico, bisogna prima parlare delle strutture che si occupano di acchiappare l’energia solare che verrà poi trasformata in glucosio.
I PIGMENTI FOTOSINTETICI
Sono sostanze che assorbono determinate lunghezze d’onda della luce riflettendo tutte le altre. Possiamo dire che le lunghezze d’onda rappresentano dei colori, e il colore che non viene assorbito sarà quello specifico della pianta. Una pianta verde, per esempio, assorbe tutti gli altri colori e riflette quello verde.
I pigmenti si trovano si trovano nelle foglie o in altre strutture e possono essere Clorofilla alfa e beta, i caroteni e le xantofille o le ficobiline presenti in alcune alghe.
STRUTTURA DELLA CLOROFILLA
Le clorofille si trovano in organuli delle piante che si chiamano cloroplasti e sono formate da:
-Un anello porfirinico con al centro un Mg^2+
-Una coda lipidica formata da un alcol fitolo che permette al pigmento di attaccarsi alle membrane.
La clorofilla alfa è un pigmento di colore verde smeraldo e presenta sul carbonio 3 dell’anello un gruppo metilico -CH3 e assorbe la luce rossa e quella blu.
la clorofilla beta, invece, è un pigmento di colore verde oliva e presenta sul carbonio 3 dell’anello un gruppo aldeidico -CHO e assorbe lunghezze d’onda diverse dall’alfa.
Immagine presa da Chimicamo.org
Anche gli altri pigmenti assorbono diverse lunghezze d’onda e in genere diverse tra di loro in modo tale che assieme riescano ad assorbirne il più possibile. Per esempio, i caroteni e le xantofille assorbono il giallo- arancione e il blu-violetto.
Tutti i pigmenti vengono raggruppati 250-400 unità formando così un complesso chiamato Fotosistema: Ne esistono 2: Fotosistema 1, o P700(perchè assorbe lunghezze d’onda per un massimo di 700 nanometri), ed è il primo evolutivamente parlando ad essere comparso rispetto al Fotosistema 2 o P680, che assorbe luce lunghezze d’onda per un massimo di 680 nm.
FASE LUMINOSA
la fase luminosa ha il compito di convertire l’energia solare in energia chimica contenuta nei composti organici ATP(adenosina trifosfato) e NAPDH(Nicotinammide adenina dinucleotide fosfato).
- I pigmenti assorbono l’energia luminosa e la trasferiscono fino al centro del Fotosistema 2(P680) in cui 2 elettroni vengono eccitati e scalzati via dal fotosistema. Nel frattempo avviene un processo che si chiama Fotolisi dell’acqua in cui avviene la scissione dell’acqua e si ricavano 2 elettroni che prenderanno il posto di quelli scalzati.
- I due elettroni che sono stati scalzati dal Fotosistema 2 vengono trasportati da una catena di trasporto degli elettroni. Avvengono una serie di passaggi ossido-riduttivi, quindi gli elettroni vengono passati da un donatore(agenti riducenti) ad un accettore di elettroni(agenti ossidanti):
3)Durante il trasporto degli elettroni lungo la catena, avviene un processo che si chiama Fotofosforilazione. In parole povere, per ogni due elettroni trasportati si forma una molecola di ATP.
4)Intanto che gli elettroni vengono scalzati dal Fotosistema II e vengono trasporati, il Fotosistema I o P700 assorbe anch’esso energia solare così, proprio come nel P680, vengono scalzati due elettroni.
-I due elettroni scalzati del P700 verranno trasferiti e trasportati da una seconda catena di trasporto degli elettroni;
-I 2 elettroni del P680 prendono il posto dei 2 elettroni del P700.
5)Gli elettroni del P700, quindi, vengono trasportati da una nuova catena attraverso scambi ossidoriduttivi da
Ferro-Zolfo——>Ferrodossina—->Flavoproteina FAD(Flavin adenina dinucleotide)
Il FAD catalizza la riduzione dell’accettore NADP+ a NADPH, il secondo prodotto della fase luminosa.
Quindi possiamo riassumerla così questa prima fase:
H2O + ADP + Pi + NADP + Energia Solare => ½O2 + ATP + NADPH + H+
LA FASE OSCURA
La fase oscura è la seconda fase della fotosintesi che utilizza i prodotti della prima fase, le molecole di ATP di NADPH, per sintetizzare il Glucosio. Avviene un particolare processo che si chiama Ciclo di Calvin, o ciclo di fissazione del carbonio(C).
1)La prima reazione è la Fissazione della CO2 che si combina con uno zucchero a 5 carboni che si chiama RIBULOSIO 1,5 BIFOSFATO(RuDP) producendo un intermedio instabile a 6 carboni.
2)L’intermedio si scinde in due molecole da 3 carboni ciascuno formando 2 molecole di 3-FOSFOGLICERATO(PGA)
3)Ogni PGA si lega a un fosforo inorganico(Pi) proveniente dall’ATP trasformandosi in 1-3 DIFOSFOGLICERATO. E così abbiamo utilizzato l’ATP della prima fase.
4)Quest’ultimo prodotto utilizza NADPH avvenendo, cos’, una rottura di legame ad alta energia con il Pi trasformandosi in 3-FOSFOGLICERALDEIDE(PGAL)
5)Le due molecole di PGAL si uniscono e formano un FRUTTOSIO difosfato, ma un particolare enzima lo trasforma in GLUCOSIO fosfato.
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