Concetti Chiave
- La fotosintesi è un processo metabolico in cui le piante fotoautotrofe utilizzano l'energia solare per sintetizzare glucosio e altri composti organici dalla CO2.
- Il processo di fotosintesi avviene nei cloroplasti ed è diviso in due fasi: la fase luminosa, che richiede luce per produrre ATP e NADPH, e la fase oscura, che utilizza questi composti per sintetizzare zuccheri.
- I pigmenti come la clorofilla assorbono specifiche lunghezze d'onda della luce visibile, riflettendo le lunghezze d'onda verdi che conferiscono alle piante il loro colore caratteristico.
- La respirazione aerobica è la via metabolica più efficiente per produrre ATP, utilizzando ossigeno per completare la demolizione del glucosio.
- Esistono vie metaboliche anaerobiche, come la fermentazione lattica e alcolica, che permettono di ottenere energia in assenza di ossigeno, trasformando l'acido piruvico in altri composti.
Indice
Il ruolo delle piante
Le piante provvedono a fabbricare in modo autonomo il proprio nutrimento (autotrofi: nutrono se stessi). Le piante fotoautotrofe in quanto utilizzano la luce come fonte di energia, cioè captano l'energia solare per effettuare il processo metabolico della fotosintesi. Nella fotosintesi l'energia proveniente dal Sole viene catturata da pigmenti, convertita in energia chimica e utilizzata per sostenere la sintesi del glucosio e di altri composti organici a partire da atomi di carbonio prelevati dalla CO2. Grazie alla fissazione dell'anidride carbonica gassosa in molecole ad alta energia (come gli zuccheri) le piante e tutti gli organismi in grado di compiere fotosintesi sono l'intermediario tra il mondo inorganico e il mondo organico. I nutrienti minerali in risalita contengono principalmente fosforo, zolfo e azoto che sono i mattoni fondamentali per l'assemblaggio delle proteine e degli acidi nucleici necessari alla vita. Altri organismo autotrofi si servono dell'anidride carbonica come fonte di carbonio, ma la loro fonte di energia chimica è costituita da alcuni composti inorganici presenti nell'ambiente in cui vivono (batteri chemioatotrofi che vivono in prossimità delle bocche idrotermali). Organismi eterotrofi ( si nutrono a spese altrui) cibandosi di altri organismi, autotrofi ed eterotrofi, o di loro residui organici.
2) Reazioni di fotosintesi
Processo della fotosintesi
La fotosintesi è affidata ai cloroplasti, che sono delimitati da una doppia membrana esterna che racchiude una sostanza fluida (stroma) nella quale è sospeso un sistema costituito da una sottile membrana ripiegata ripetutamente su se stessa in modo da formare un insieme di sacchetti discoidali (tilacoidi), sovrapposti in pile, chiamate grani. La fotosintesi si compie in 2 fasi: una luminosa e una oscura. La fase oscura non viene innescata dalla luce, il che significa che può avvenire in qualsiasi momento
le reazioni della fase luminosa si svolgono nella membrana di tilacoidi e richiedono la presenza della luce: esse consentono di catturare l'energia della luce solare e di utilizzarla per formare molecole di ATP dall'unione di ADP con un gruppo fosfato P. Insieme alla sintesi di ATP a partire da ADP e gruppi fosfato, viene prodotto anche il NADPH che viene prodotto a partire da NADP+ a cui vengono addizionati uno ione H+ e due elettroni provenienti dalla scissione dell'acqua
le reazioni della fase oscura si svolgono nelle stroma e consentono di sfruttare l'energia dell'ATP e del NADPH per fabbricare molecole di zuccheri (glucosio), utilizzando l'anidride carbonica come fonte di atomi di carbonio. Equazione generale:
Energia e luce solare
Alla base della fotosintesi c'è l'energia emessa dal Sole: energia radiante o elettromagnetica, che si propaga nello spazio in forma di onde. La distanza fra le creste di due onde successive è definita lunghezza d'onda. Centinaia di milioni di anni fa, prima che negli strati più estremi dell'atmosfera si fosse accumulato uno strato schermante di gas ozono (O3), solo l'acqua difendeva la Terra dalle radiazioni ultraviolette. Questo bombardamento letale costringeva i fotoautotrofi a vivere sotto la superficie del mare. Luce rossa (minore energia)
Noi percepiamo le radiazioni luminose, nel loro insieme, come luce bianca. Le molecole di clorofilla possono assorbire la luce visibile di qualsiasi lunghezza d'onda tranne quella della regione del verde o del giallo-verde. La luce non assorbita viene riflessa o trasmessa, ed è per questo che le pante ricche di clorofilla ci appaiono verdi.
Reazioni della fase oscura
Le reazioni della fase oscura avvengono nello stroma del cloroplasto e rappresentano la parte del processo fotosintetico dedicata alla “sintesi” degli zuccheri. Durante il processo
l'ATP fornisce l'energia
il NADPH fornisce gli tomi di idrogeno e gli elettroni
l'anidride carbonica fornisce gli atomi di carbonio e quelli di ossigeno
Il cuore delle reazioni della fase oscura è costituito dal ciclo di Calvin-Benson
Nelle foglie, l'ingresso di anidride carbonica e la fuoriuscita di ossigeno avvengono soprattutto attraverso aperture microscopiche nelle loro superficie (stomi)
7) Via Metabolica
Vie metaboliche energetiche
Per tutti gli esseri viventi l'energia è un bene indispensabile. Le prime vie metaboliche per ricavare energia si stabilirono 3,8 miliardi di anni fa. Nell'atmosfera c'era pochissimo ossigeno libero, per cui queste vie dovevano necessariamente essere anaerobiche (funzionare in assenza di ossigeno molecolare. Batteri e protisti continuano a procurarsi ATP per via anaerobica, principalmente attraverso il processo metabolico della fermentazione. Le nostre cellule si affidano alla respirazione aerobica, una via metabolica che necessita della presenza di ossigeno per attuare la produzione di ATP. Questo stadio iniziale viene detto glicolisi, una serie di enzimi scinde e modifica il glucosio, ottenendo da ciascuna molecola di glucosio due molecole di acido piruvico, ognuna con una struttura base di tre atomi di carbonio.
la via aerobica prosegue all'interno dei mitocondri
le vie anaerobiche cominciano e finiscono nel citoplasma
Respirazione aerobica e anaerobica
La respirazione aerobica è la via metabolica più efficiente, perchè è quella che ricava la maggiore quantità di ATP da ogni singola molecola. La respirazione aerobica si può schematicamente riassumere così:
C6H12O6 + 602 -------> 6CO2 + 6H2O
primo stadio : glicolisi
secondo stadio: gli enzimi demoliscono ulteriormente l'acido piruvico, rilasciando anidride carbonica e acqua
terzo stadio: catena respiratoria e della fotosintesi ossidativa
Nella respirazione aerobica, la demolizione completa del glucosio avviene attraverso l'utilizzo di ossigeno, a cui è delegato, il compito di far funzionare il meccanismo che produce una notevole quantità di ATP. Molti esseri viventi vivono facendo a meno dell'ossigeno e procurandosi energia attraverso vie metaboliche anaerobiche, cioè per mezzo delle fermentazioni (batteri, protisti). Altri microrganismi hanno la facoltà di vivere altrettanto bene sia in assenza sia in presenza di ossigeno e sono detti anaerobi facoltativi
2 tipi di fermentazione:
lattica: dall'acido piruvico si formano acido lattico
alcolica: = = = = etanolo
Nella fermentazione lattica, l'acido piruvico viene trasformato in acido lattico, composto a tre atomi di carbonio.
Nella fermentazione alcolica, l'acido piruvico prodotto dalla glicolisi viene parzialmente trasformato in acetaldeide con formazione di anidride carbonica. L'acetaldeide riceve elettroni e idrogeno dal NADH, trasformandosi in alcol etilico.
Domande da interrogazione
- Qual è il ruolo delle piante fotoautotrofe nella fotosintesi?
- Come si svolgono le reazioni della fotosintesi?
- Qual è l'importanza dei pigmenti nella fotosintesi?
- In che modo le piante catturano il carbonio?
- Quali sono le differenze tra respirazione aerobica e vie metaboliche anaerobiche?
Le piante fotoautotrofe utilizzano la luce solare come fonte di energia per il processo di fotosintesi, catturando l'energia solare con pigmenti e convertendola in energia chimica per sintetizzare glucosio e altri composti organici.
La fotosintesi avviene in due fasi: la fase luminosa, che richiede luce e si svolge nei tilacoidi, e la fase oscura, che avviene nello stroma e non necessita di luce, utilizzando ATP e NADPH per produrre zuccheri.
I pigmenti, come la clorofilla, assorbono specifiche lunghezze d'onda della luce visibile, eccetto quelle del verde, riflettendo queste ultime e conferendo alle piante il loro caratteristico colore verde.
Le piante catturano il carbonio attraverso le foglie, dove l'anidride carbonica entra e l'ossigeno esce tramite aperture microscopiche chiamate stomi.
La respirazione aerobica utilizza ossigeno per produrre ATP in modo efficiente, mentre le vie metaboliche anaerobiche, come la fermentazione, non richiedono ossigeno e sono utilizzate da organismi che vivono in ambienti privi di ossigeno.
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