Concetti Chiave
- La fotosintesi è il processo attraverso cui piante e altri organismi autotrofi trasformano anidride carbonica in carboidrati, utilizzando la luce solare.
- Durante la fotosintesi, le foglie assorbono luce visibile e producono ossigeno, fondamentale per la vita animale e umana.
- Le foglie contengono cloroplasti, organuli essenziali per la fotosintesi, che ospitano pigmenti come la clorofilla a e b, e carotenoidi per assorbire la luce.
- Il processo fotosintetico svolge un ruolo cruciale nel riciclo della CO2, nella produzione di ossigeno e glucosio, essenziale per la respirazione cellulare.
- La fotosintesi si divide in reazioni luce-dipendenti e luce-indipendenti, con la prima fase che produce ATP e NADPH utilizzati nel ciclo di Calvin per sintetizzare glucosio.
Indice
Importanza della fotosintesi
Attraverso la Fotosintesi le Piante e altri Organismi Autotrofi (ossia che sono in grado di nutrirsi da soli) fabbricano il proprio cibo; essi utilizzano l’energia della Luce Solare per trasformare una sostanza semplice come l’Anidride Carbonica in un Carboidrato ricco d’energia.
La Fotosintesi non è solo un bene per questi Organismi, ma lo è anche soprattutto per il regno animale, quindi anche per l’uomo.
Infatti l’intero regno animale dipende dalla Fotosintesi, poiché essa produce come prodotto di scarto l’ossigeno, che noi umani respiriamo continuamente e in mancanza del quale non potremmo vivere.
Struttura delle foglie
Il Processo di Fotosintesi comincia con l’assorbimento della Luce Solare da parte delle Foglie, infatti l’energia di quella luce che penetra nelle Foglie resta trattenuta all’interno di esse; comunque le foglie catturano solo una parte della Luce che ricevono sulla loro superficie, infatti riescono a catturare quelle onde elettromagnetiche che sono comprese tra la Luce Violetta e la Luce Rossa (Ultravioletti – Infrarossi), ossia quelle onde che compongono la “Luce Visibile”.
L’Organo fondamentale per la Fotosintesi delle Piante è la Foglia.
Le Foglie sono formate da due parti: la Lamina e il Picciolo, la parte attraverso la quale la foglie è attaccata al ramo.
Nella Lamina sono presenti due Strati Epidermici, uno superiore ed uno inferiore.
Nell’Epidermide inferiore sono presenti migliaia microscopiche aperture, gli Stomi, attraverso li quali nella Foglia entra Anidride Carbonica ed esce Vapore Acqueo.
Tra questi due strati epidermici vi sono le Cellule del Mesofillo, Cellule contenenti tutte le parti componenti di una Cellula Vegetale, compresi i Cloroplasti, organuli sede della Fotosintesi.
I Cloroplasti contenuti in una Cellula del Mesofillo possono essere svariate centinaia.
Funzione dei cloroplasti
Un Cloroplasto è un Organulo delimitato da due Membrane, una interna ed una esterna, e presenta al suo interno dei Sacchetti, detti Tilacoidi, che collegati uno all’altro, formano delle strutture dette Grani.
Questi Tilacoidi sono immersi nello Stroma, del materiale liquido contenuto nel Cloroplasto.
Tutti i Processi Fotosintetici avvengono sulle Membrane dei Tilacoidi o nello Stroma.
Pigmenti e luce solare
Nei Cloroplasti sono presenti dei Pigmenti, ossia sostanze in grado di assorbire radiazioni luminose. Le Membrane dei Tilacoidi contengono un Pigmento Primario, la Clorofilla a, e alcuni altri Pigmenti Accessori, che collaborano con la Clorofilla a nell’assorbire la Luce Solare.
Tra i Pigmenti Accessori troviamo la Clorofilla b, che assorbe il blu e l’arancione, e i Carotenoidi, un gruppo di pigmenti giallo-arancioni, che assorbono la luce verde-blu.
Dunque la Fotosintesi è quel processo attraverso il quale certi gruppi di Organismi catturano Energia dalla Luce Solare e la convertono in Energia Chimica immagazzinata in Molecole di Carboidrati.
La Formula della Fotosintesi è la seguente: 6CO2 + 6H2O C6H12O6 + 6O2
Ruolo degli organismi autotrofi
Il contributo degli Organismi Autotrofi Fotosintetici è determinante per la vita sulla Terra e si articola in tre punti:
_Riciclo di CO2;
_Produzione di Ossigeno;
_Produzione di Glucosio, Biomolecola fondamentale per l’alimentazione e per la Respirazione Cellulare.
Vasi conduttori nelle piante
Nelle Piante, come negli esseri del regno animale, sono presenti dei Vasi Conduttori, che sono: lo Xilema (legno) e il Floema (libro).
Lo Xilema trasporta ciò che deve trasportare verso l’altro, mentre il Floema verso il basso. Quindi lo Xilema trasporta dalle Radici alle Foglie, mentre il Floema trasporta l’Amido immagazzinato, quindi Linfa elaborata, verso gli Organi di Riserva, che possono essere o Frutti, o Radici Modificate o Rizomi.
Lo Xilema trasporta principalmente Acqua, che viene presa dal terreno attraverso le radici e per capillarità giunge fino alle Foglie; nelle Foglie l’Acqua incontra l’Anidride Carbonica e l’Energia Solare, a questo punto inizia la produzione di Glucosio, che una volta prodotto può essere o immagazzinato sotto forma di amido o usato per produrre energia.
Processi energetici opposti
La Fotosintesi e la Respirazione Cellulare anaerobica possono essere considerati due processi opposti dal punto di vista energetico, difatti nella Respirazione si passa da un contenuto energetico maggiore (contenuto nel cibo), ad uno minore.
La Fotosintesi invece sfrutta l’energia della luce solare per formare un Carboidrato ricco d’energia, quindi vi è un passaggio da una minore quantità d’energia ad una maggiore quantità.
6CO2 + 6H2O C6H12O6 + 6O2
Invertendo i Reagenti con i Prodotti si ricava la Formula della Respirazione Cellulare.
Reazioni luce-dipendenti
Nel Processo di Fotosintesi si possono individuare due stadi; le Reazioni del primo stadio dipendono dalla Luce Solare, mentre quelle del secondo no. Le prime sono dette Reazioni Luce-Dipendenti e le seconde Reazioni Luce-Indipendenti.
Nelle Reazioni Luce-Dipendenti l’Energia Solare viene assorbita dalla Clorofilla e da altri Pigmenti che si trovano nelle Membrane dei Tilacoidi, all’interno dei Cloroplasti.
I Pigmenti interessati alla ricezione dell’Energia Solare sono la Clorofilla a, la Clorofilla b ed altri Pigmenti Accessori, come i Carotenoidi.
All’interno delle Membrane Tilacoidali, i Pigmenti che si occupano della ricezione dell’Energia Solare sono organizzati in Fotosistemi. Questi Fotosistemi sono formati dalle Molecole dei Pigmenti che sono in grado di assorbire la Luce Solare, ma solo alcune di queste Molecole riescono a trasformare l’Energia Solare in Energia Chimica.
L’Energia Solare che viene trasformata in Energia Chimica, viene conservata sotto forma di ATP e NADPH; altri prodotti sono gli Elettroni e gli Ioni H+ e viene prodotto come scarto l’Ossigeno.
La Reazione di questa Fase è la seguente: 2H2O + ADP + P + 2NADP+ → O2 + ATP + 2NADPH + 2H+
Ciclo di Calvin
Questa Energia Chimica contenuta nell’ATP e nel NADPH viene usata successivamente nelle Reazioni Luce-Indipendenti, ossia il Ciclo di Calvin, che avvengono nello Stroma, nelle quali, a partire da Anidride Carbonica e da uno Zucchero a basso contenuto energetico, si viene a formare il Glucosio, uno zucchero ad alto contenuto energetico, che corrisponde al Cibo della Pianta.
Domande da interrogazione
- Qual è il ruolo della fotosintesi per gli organismi autotrofi e il regno animale?
- Come avviene il processo di fotosintesi nelle foglie delle piante?
- Quali sono le due fasi principali della fotosintesi e come differiscono?
- Qual è la funzione dei pigmenti nei cloroplasti durante la fotosintesi?
- In che modo la fotosintesi e la respirazione cellulare sono processi opposti?
La fotosintesi permette agli organismi autotrofi di produrre il proprio cibo utilizzando l'energia solare, trasformando l'anidride carbonica in carboidrati. Inoltre, produce ossigeno come sottoprodotto, essenziale per la respirazione degli animali, inclusi gli esseri umani.
Il processo inizia con l'assorbimento della luce solare da parte delle foglie, che catturano specifiche onde elettromagnetiche della luce visibile. Le foglie contengono cloroplasti, dove avvengono le reazioni fotosintetiche, trasformando l'energia solare in energia chimica.
La fotosintesi si divide in due fasi: le reazioni luce-dipendenti, che richiedono la luce solare per produrre ATP e NADPH, e le reazioni luce-indipendenti, o ciclo di Calvin, che utilizzano questi composti per sintetizzare glucosio a partire dall'anidride carbonica.
I pigmenti, come la clorofilla a, la clorofilla b e i carotenoidi, assorbono la luce solare e la trasformano in energia chimica. Sono organizzati in fotosistemi che facilitano la conversione dell'energia luminosa in energia chimica.
La fotosintesi converte l'energia solare in energia chimica immagazzinata nei carboidrati, aumentando il contenuto energetico. Al contrario, la respirazione cellulare rilascia energia dai carboidrati, riducendo il contenuto energetico, utilizzando ossigeno e producendo anidride carbonica e acqua.
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