Descrizione dettagliata del processo di fotosintesi nelle piante

LA FOTOSINTESI

E' una trasformazione di energia luminosa in energia chimica (anabolismo)

Organismi autotrofi e chemiosintetici

E’ un anabolismo (consumo E) e viene svolta dagli organismi auttrofi.

• Ricavano l’ energia e le materie prime per la costruzione delle loro strutture a partire da sostanze inorganiche semplici;

• Alcuni semplici organismi autotrofi sono chemiosintetici (esempio metano geni) che ricavano energia da particolari reazioni inorganiche; questi organismi sono unicellulari;

Processo della fotosintesi

• Molti sono fotosintetici, perchè utilizzano l’energia proveniente dal sole per le loro reazioni di sintesi.

6CO₂ + 6H₂O + ENERGIA SOLARE C₆ H₁₂ O₆ + 6O₂

Fase luminosa della fotosintesi

L’energia luminosa viene assorbita dai pigmenti che sono situati nei cloroplasti; la fotosintesi è costituita da due fasi:

1)FASE LUMINOSA (avviene solo in presenza di luce, si produce ossigeno). Le reazioni della fase luminosa si svolgono nella membrana dei tilacoidi.

Nelle molecole dei pigmenti, gli elettroni quando sono colpiti dalla luce la assorbono passando a un livello energetico superiore, gli elettroni eccitati ritornano al livello più basso, liberando l’energia in eccesso come calore e come emissione di luce: questo processo è detto fluorescenza.

Funzionamento dei fotosistemi

All’interno del cloroplasto si trovano i fotosistemi, costituiti da raggruppamenti di 200-300 molecole di pigmenti, chiamati complessi antenna perché captano la luce, ancorati alla membrana; tra i pigmenti vi è un particolare tipo di clorofilla a, detto centro di reazione (la clorofilla a è una prova dell’evoluzione, perché è presente in tutte le piante che fanno la fotosintesi). Quando una molecola di clorofilla del complesso antenna viene colpita dalla luce, trasferisce rapidamente energia a molecole vicine che la convogliano sulla clorofilla a del centro di reazione; così liberata la clorofilla a libera elettroni che sono raccolti da un accettore.

Reazioni della fase luminosa

Nelle cellule vegetali sono presenti due fotosistemi differenti che agiscono accoppiati tra loro: fotosistema I e fotosistema II.

a) L’energia solare innesca la reazione di scissione dell’acqua detta FOTOLISI.

. O₂ → l’ atomo di ossigeno viene espulso come prodotto di rifiuto H₂O H⁺ ( i due elettroni e i due ioni H⁺ sono accettati e trattenuti a un elevato livello energetico dalla . e⁻ molecola NADP che si trasforma in NADPH (coenzima che immagazzina E) )

Gli elettroni vanno a rimpiazzare gli elettroni perduti dalla clorofilla*

b)

- Grazie all’ energia solare la clorofilla a spinge una coppia di elettroni dal fotosistema II a un accettore che si trova a un alto livello energetico;

- I due elettroni, che la clorofilla a ha perso, vengono rimpiazzati da quelli provenienti dalla fotolisi dell’ acqua (che si ossida), con la formazione di O*;

- Gli elettroni passano ad altri trasportatori che li conducono a un livello di energia inferiore;

- Vengono poi trasportati alla clorofilla del fotosistema I; qui, come nel fotosistema II, viene catturata altra energia luminosa grazie alla quale vengono spinti verso un nuovo accettore, situato a un livello energetico elevato.

Le variazioni di energia della coppia di elettroni nel loro percorso sono rappresentabili con un diagramma, che per la forma a zig zag, è detto SCHEMA Z.

Produzione di ATP e NADPH

c) Gli elettroni ad alta energia vengono trasferiti su una proteina specifica di membrana che li utilizza per produrre NADPH a partire da NADP⁺ ,due elettroni e H⁺. L’ intero passaggio di elettroni ha permesso l’accumulo di H⁺ all’interno dei tilacoidi, creando un gradiente di concentrazione attraverso la loro membrana.

d) Il gradiente di concentrazione fornisce la spinta necessaria per far rifluire nello stroma ioni H⁺, per diffusione attraverso il canale dell’ ATP sintetasi: questo passaggio libera E, permette l’unione di 1 gr fosfato all’ ADP = ATP.

Trasformazione dell’ energia solare in energia chimica, sotto forma di ATP: processo chiamato FOTOFOSFORILAZIONE: addizione di un fosfato ad opera della luce.

Questa spiegazione della formazione di ATP nei cloroplasti costituisce la teoria chemiosmotica

Fase oscura e ciclo di Calvin-Benson

2) FASE OSCURA (avviene sempre)

Avviene nello stroma (liquido nel cloroplasto)

ATP→ fornisce energia

NADPH → fornisce atomi di H e elettroni necessari per costruire molecole di glucosio

CO₂→ fornisce atomi di C e O

L’energia prodotta durante la fase luminosa, sotto forma di ATP e NADPH, viene utilizzata per ridurre il carbonio dell’ anidride carbonica (CO₂) a carbonio organico, con la sintesi di zuccheri semplici: questo processo è chiamato CICLO DI CALVIN-BENSON, con cui avviene la fissazione del carbonio. Sono necessari sei cicli di Calvin-Benson per ottenere una molecola di glucosio.