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Le molecole di clorofilla, proteine e altri pigmenti sono raggruppati in delle strutture chiamate fotosistemi, che si trovano nelle membrane dei tilacoidi. Lo schema Z è una specie di diagramma spazio-energia. L’asse verticale rappresenta l’energia libera. Il lume dei tilacoidi è la parte interna ai dischetti.
Il fotosistema 2 è quello dove inizia il processo; si chiama 2 perché è stato scoperto per secondo. Viene chiamato anche P680 perché il centro di reazione del sistema è occupato da una molecola di clorofilla tale che il picco di assorbimento massimo sia 680 nm. Il fotosistema è una struttura che riesce a canalizzare l’energia del fotone in un punto specifico, il centro di reazione. Qui la luce mette in movimento gli elettroni. La clorofilla agisce un po’ come un pannello fotovoltaico: colpito dalla luce produce energia elettrica. L’efficienza della fotosintesi sta nel modo in cui il fotone riesce a trasferire l’energia prodotta. Nel centro di reazione avviene la fotolisi dell’acqua, scomposta in O, ioni H+ ed elettroni. C’è una discesa di livello energetico fino ad arrivare al fotosistema 1, al centro di reazione P700, dove l’elettrone ha bisogno di un altro salto, che viene conferito da un altro fotone. Per mettere in movimento un elettrone quindi, occorrono due fotoni. Gli elettroni energizzati fanno ridurre l’NADP; esso acquista 2 elettroni e lo ione H+, diventando NADPH. Otteniamo quindi NADPH e ATP. Nella prima discesa si forma ATP da ADP.

Accade una cosa molto simile a quello che avviene nei mitocondri. Ci sono delle molecole di membrana, che sono varie proteine che lavorano insieme. Nel complesso accade: la catena di reazioni redox (elettroni trasferiti che passano attraverso fotosistemi), gli elettroni scorrono lungo la membrana e gli ioni H+ vengono pompati, attraverso la membrana dei tilacoidi, dallo stroma verso il lume dei tilacoidi; gli ioni H+ raggiungono una concentrazione più elevata nei tilacoidi che nello stroma, che è diventato carico elettricamente. A questo punto tanti ioni H+ passano attraverso l’ATP sintasi per gradiente osmotico (diversa concentrazione), spinti anche dalla differenza di carica, e creano dell’energia che fa produrre ATP (da condensazione tra ADP e P). L’utilità di questo processo risulta più chiara nella fase oscura, quando l’energia del coenzima redox e dell’ATP viene utilizzata per formare lo zucchero. I batteri fotosintetici fanno lo stesso processo con un solo fotosistema.
Questo processo si chiama fotofosforilazione.
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