Il complesso processo della fotosintesi e le sue scoperte storiche

Il processo della fotosintesi

La fotosintesi si esplica nei cloroplasti. È il processo chimico mediante il quale la pianta prende acqua (dal terreno) e ossigeno (dall’aria), in presenza della luce nella clorofilla sintetizza glucosio e libera ossigeno.

6H2O + 6 CO2 → C6H1206 + 602

Esperimenti sulla fotosintesi

Molti studiosi si chiesero se l’ossigeno che si libera derivi dall’anidride carbonica o dall’acqua. Venne, dunque, fatto l’esperimento con le clorella. È stato aggiunto nell’acqua, dove vi erano le clorella CO2 con C14 (radioattivavo), si sono accorti che l’ossigeno che si liberava era normale. Venne fatto un secondo esperimento, aggiungendo CO2 con O18 l’ossigeno che si liberava tuttavia era normale. Infine fu aggiunta acqua co O18 si accorsero che l’ossigeno che si liberava era 018, dunque l’ossigeno che si libera deriva dall’acqua.

Scoperte di Giuseppe Priestley

Giuseppe Priestley (1733-1804) fece un esperimento che avrebbe dimostrato il processo di fotosintesi. Aveva scoperto che le piante, durante il loro ciclo vitale, producevano ossigeno. Infatti, accendendo una candela in un ambiente chiuso, ad esempio sotto una campana di vetro a tenuta ermetica, si osserva che essa si spegne piuttosto velocemente: si sa che si spegne perché avviene una combustione e si consuma tutto l’ossigeno

Se mettiamo sotto la stessa campana, un piccolo animale, ad esempio un topo dopo un periodo di tempo piuttosto limitato questo muore perché viene a mancare ossigeno.

Priestley, perfezionò ulteriormente l’esperimento: pose una pianta e un topolino sotto la campana di vetro, constatò che il topolino sopravviveva anche dopo alcuni giorni. Sostituendo il topolino con una candela accesa e ripetendo l’esperimento, osservò che la candela rimaneva accesa per un tempo molto più lungo rispetto a quando la pianta non era presente. E, come detto, ricavò un’importante conseguenza: le piante producono ossigeno è questo che permette la vita al topolino o il permanere della fiamma accesa.

Elementi essenziali della fotosintesi

Principali elementi della fotosintesi

Acqua

Anidride carbonica

Luce

Clorofilla

L’acqua è utilizzata allo stato liquido. Se la pianta è acquatica l’acqua passa direttamente, se invece è terrestre passa mediante i vasi conduttori.

L’anidride carbonica si può trovare nell’aria all’ 0.03%, o disciolto nell’acqua. L’anidride carbonica passa mediante gli stomi, e se la pianta è terrestre, la prende dall’aria se è acquatica la trova disciolta nell’acqua.

La luce è una forma di energia. Si propaga in linea retta a una velocità di 300mila Km /s e si manifesta come onda e corpuscolo (fotone).

Clorofilla e fotosistemi

Clorofilla è un pigmento, la principale è la clorofilla A. In questa avvengono reazioni dipendenti dalla luce. È formata da una testa e una coda; la testa è idrofila e presenta 4 anelli pirrolici coordinati da un atomo di Mg. La coda, idrofoba, è formata da una catena carboniosa chiamata fitolo che capta lunghezze d’onda e le rimanda alla testa

Esistono diversi tipi di clorofilla:

Clorofilla A

Clorofilla B

Clorofilla C

Clorofilla D

Xantofille

Carotenoide (tra cui il carotene)

si trova nei tilacoidi raggruppata in complessi di pigmenti chiamati fotosistema. I fotosistemi sono formati da circa 300 molecole, una centrale chiamata centro di reazione, composto sempre da clorofilla A, e circondato da circa 300 molecole di altri pigmenti, chiamati molecole antenna.

.

Esistono due tipi di fotosistema:

Il fotosistema I (PS1). Capta lunghezze d’onda fino a 700nm. (P700)

Il fotosistema II (PS2). Capta lunghezze d’onda fino a 680nm. (P680)

Fasi della fotosintesi

Distinguiamo all’interno della fotosintesi, due diverse fasi: la fase fotochimica (dipendente dalla luce) ed una seconda fase rappresentata dal ciclo di Calvin (luce indipendente).

La fase fotochimica avviene nei tilacoidi ed è così chiamata perché avviene esclusivamente in presenza della luce. In questo processo la luce colpisce un PS1, il centro di reazione a causa di quest’energia, libera 2 elettroni che vengono presi da un accettore che li scarica ad un accettore finale: il NADP. Quest’ultimo, poiché prende elettroni, si riduce in NADPH. Si è creato un vuoto di elettroni, a tal proposito interviene un PS2. Questo viene colpito dalla luce, il centro di reazione libera 2 elettroni che vengono scaricati da accettore in accettore, scaricati infine da un ultimo accettore PS1. Si crea, dunque un altro vuoto di elettroni e si libera energia sotto forma di ATP

Per colmare il vuoto di elettroni la cellula scinde 2 molecole di H2O in H+ e OH¬¬ , che si scinde sempre in H+ e O- , H+ va nello stroma, l’O- cede l’elettrone al centro di reazione e l’ossigeno fuoriesce attraverso lo stroma nell’atmosfera. Questo processo è noto col nome di fotolisi dell’acqua.

Ciclo di Calvin e adattamenti

L’anidride carbonica che è nell’aria penetra attraverso gli stomi nello stroma e mediante l’aiuto del rubisco si lega ad un composto a 5 atomi di carbonio: il ribulosio 1 5 difosfato, dando un composto instabile a 6 atomi di C. Poiché instabile questo composto si scinde subito in due molecole a tre atomi di C dando acido 3 fosfoglicerico. L’acido 3 fosfoglicerico riceve un gruppo fosfato da un ATP, dando acido 1 5 difosfoglicerico che viene ridotto, inseguito, da un NADPH diventando gliceraldeide 3 fosfato. Una parte di questa gliceraldeide si trasforma in glucosio, un’altra da un composto a cinque atomi di C: il ribulosio 5 fosfato che cede un gruppo fosfato a un’ADP e diventa nuovamente ribulosio 1 5 difosfato.

Se una pianta si trova in ambiente molto asciutto e caldo per non perdere acqua chiude gli stomi. Tuttavia se chiude gli stomi l’ossigeno che si è formato nella prima fase non può uscire e l’anidride carbonica non può entrare. Per questo l’ossigeno che c’è dentro con l’aiuto del rubisco si lega al ribulosio 1 5 difosfato e fa una serie di reazioni fino ad arrivare ad acqua e anidride carbonica (questa prende poi la via del ciclo di Calvin).