Il complesso processo della fotosintesi: dalla luce al glucosio

Indice

1. Trasformazione dell'energia solare
2. Struttura dei cloroplasti
3. Fase luminosa della fotosintesi
4. Funzionamento dei fotosistemi
5. Fase oscura e ciclo di Calvin

Trasformazione dell'energia solare

Consiste in una sequenza di reazioni che trasformano l’energia solare in energia chimica e utilizzano essa per sintetizzare una molecola organica (zucchero) a partire da molecole inorganiche (Co2 – H20). Essa è essenziale per la vita: i carboidrati prodotti sono fonte di energia della maggior parte delle forme di vita.

La formula è opposta a quella della respirazione a testimonianza della stretta connessione tra le due: esse sono in un certo senso complementari. (6)Co2 + (6) H20 + luce = C6H12O6 + (6)O2

Struttura dei cloroplasti

Essa avviene nelle piante ma anche in alcuni batteri procarioti. Nelle piante eucariote avviene nei cloroplasti. Essi sono circondati da due membrane e contengono dei tilacoidi, impilati gli uni sugli altri formando i grani, collegati dagli intergrani. Tilacoidi e grani sono immersi nello stroma. La fotosintesi è formata da più di 70 reazioni biochimiche che avvengono in due fasi:

Fase luminosa della fotosintesi

1) Fase luminosa: l’energia solare viene catturata e convertita in energia chimica, che viene immagazzinata nell’ATP e nel NADPH (simile al NADH). L’energia solare si propaga sotto forma di onde elettromagnetiche e si trasmette in unità chiamate fotoni di diversa lunghezza d’onda (minore la lunghezza maggiore l’energia). La luce è formata da un ampio insieme di radiazioni di diversa lunghezza, detto spetto elettromagnetico. La luce può essere riflessa, trasmessa, assorbita, solo quest’ultima è usata nella fotosintesi. Le molecole organiche in grado di assorbire la luce sono i pigmenti: ne esistono vari tipi, ognuno dei quali assorbe radiazioni di una determinata lunghezza d’onda e riflette tutte le altre. I pigmenti principali delle piante sono le clorofilla (a – b) e i carotenoidi (carotene e xantogille) contenuti nei cloroplasti. I pigmenti sono organizzati in fotosistemi costituti da centinaia di pigmenti antenna, che assorbono l’energia della luce e la convogliano nel centro di reazione e da un centro di reazione, che trasformano l’energia luminosa in chimica.

Funzionamento dei fotosistemi

Quando l’energia luminosa arriva attraverso i pigmenti antenna al centro di reazione essa eccita gli elettroni della clorofilla che vengono espulsi e ceduti all’accettore primario di elettroni. Nella fotosintesi sono coinvolti due tipi di fotosistemi, 1 e 2 che assorbono la luce diversamente e usano gli elettroni diversamente. Il centro di reazione del fotosistema 1 è chiamato P700 , del 2 è P680. Gli elettroni eccitati dalla luce dal fotosistema II sono ceduti all’accettore primario e trasferiti poi da questo tramite una catena di elettroni (durante il trasporto si libera energia utilizzata per produrre ATP: fotofosforilazione) al fotosistema I. Questo buco creato dai due elettroni viene colmato da una molecola d’acqua che rimpiazza gli elettroni con due H+ derivati dall’idrogeno e libera l’ossigeno (fotolisi dell’acqua). I due fotosistemi sono collegati da una catena di molecole mediante la quale una coppia di elettroni passa dal centro di reazione II al I. Gli elettroni eccitati dalla luce del fotosistema I, rimpiazzati da quelli provenienti dal fotosistema II, vengono trasferiti dall’accettore primario tramite una seconda catena di trasportatori al NADP+ che si riduce a NADPH acquistando 2 elettroni e uno ione H+. Si sono formati così ATP (fotosistema I) che servirà nella fase oscura per trasformare l’anidride carbonica in zucchero, e NADPH che fornisce l’idrogeno necessario per la trasformazione.

Fase oscura e ciclo di Calvin

2) Fase oscura: l’energia chimica dell’ATP e del NADPH viene usata per sintetizzare una molecola di zucchero a partire da anidride carbonica e acqua (organicazione del carbonio). Lo zucchero è prodotto traite il ciclo di Calvin Benson, indipendente dalla luce, che si svolge nello stroma (citosol per batteri). La molecola che da inizio ad esso è il ribulosiobifosfato (Rubp, 5 atomi carbonio): 6 molecole di esso si fissano con 6 di anidride carbonica (instabile – intermedio) tramite un enzima, formando 12 molecole di acido fosfoglicerico (PGA) che viene ridotto da NADH e ATP in 12 molecole di fosfogliceraldeide (PGAL): 10 rimangono nel ciclo riformando 6 molecole di ribulosiobifosfato, 2 sono il prodotto del ciclo, utilizzate per sintetizzare carboidrati.

per approfondimenti vedi anche:

Fotosintesi clorofilliana

Fotosintesi Clorofilliana, caratteristiche

Fasi della fotosintesi