Appunti di Fisiologia vegetale

SPETTRO DI ASSORBIMENTO

Misuriamo l'assorbimento della luce in funzione della lunghezza d'onda. Qui abbiamo preso solo lo spettro del visibile. Complessivamente i pigmenti fotosintetici assorbono la luce tra 400 a 740. La radiazione solare presente in questo range è detta PAR (fotosinteticamente attiva = quella utile per la fotosintesi).

LEZIONE 2

• Complessivamente i pigmenti fotosintetici assorbono la luce visibile tra 400 e 740 nm, quindi tutto lo spettro del visibile.
• Della luce consideriamo lo spettro del visibile.
• È una radiazione elettromagnetica, in cui il campo magnetico e il campo elettrico oscillano a 90° uno rispetto all'altro e perpendicolarmente alla direzione di propagazione. Ha un parziale carattere di corpuscolo e di onda.
• L'energia luminosa arriva in forma di quanti e viene assorbita sotto forma di quanti (valori energetici discreti).
• E = hv = c/λ v DP; λ IP
• Gli elettroni che occupano l'orbitale più esterno

1. Fluorescenza (quando si torna dallo stato eccitato di singoletto, è una forma radiante)
2. Conversione interna (emissione di calore, il calore non è una forma radiante)
3. Trasferimento di energia (torna allo stato fondamentale, passando l'energia ad una molecola vicina)
4. Fotochimica (l'elettrone viene ceduto ad un'altra molecola)

1. Radiante
2. Non radiante

1. Trasferimento diretto di energia secondo Forster
2. Fotochimica

Radiante l'energia viene emessa sotto forma di calore con un t_1/2 = 10^-12-10^-15 s è molto veloce. Il decadimento radiante può avvenire per emissione di:

1. Fluorescenza - dallo stato di singoletto con t_1/2 = 10^-8 s²
2. Fosforescenza - dallo stato di tripletto con t_1/2 = 10^-3 s (è detto "stato metastabile" perché è molto lento) ²

È più frequente la fluorescenza perché la fosforescenza è lenta, quindi, rara. Viene prediletto il metodo più veloce perché è più competitivo.

L'assorbimento della luce blu o rossa provoca il passaggio della clorofilla ad uno stato eccitato. Si passa allo stato fondamentale per fluorescenza. La fluorescenza è associata con la luce rosa, che ha una lunghezza d'onda maggiore di quella blu.

TRASFERIMENTO PER RISONANZA: è un trasferimento diretto da una molecola all'altra, ha un'efficienza elevata.

Perché non essendoci il riassorbimento-12 non si perde energia per passare allo stato eccitato. T ½ = 10 è sistema veloce, quindi, altamente competitivo. La molecola accettore deve essere presente nelle immediate vicinanze (<10nm)

FOTOCHIMICA

Nella fotochimica l'energia dello stato eccitato è utilizzata per far avvenire una reazione chimica. Il pigmento P cede un elettrone ad A, acquisendo una carica positiva; A assume una carica negativa. Per tornare allo stato fondamentale, P riceve un elettrone da una molecola donatore diversa da A: da energia chimica si passa ad energia elettrica che serve per trasformare in dei composti (ATP, NADPH). Il processo è noto come separazione fotoindotta di cariche. Il sito in cui avviene la separazione di cariche è detto centro di reazione. L'architettura molecolare dei sistemi fotosintetici rende estremamente efficiente la separazione fotoindotta delle cariche e l'elettrone estratto dalla.

fotochimica ed un accettore primario.Esperimenti chiave che hanno permesso di comprendere la fotosintesi- Fine 1800 Engelmann: fotosintesi delle alghe produce ossigeno- 1920 Van Niel: la fotosintesi è un processo ossidoriduttivo- 1932 Emerson e Arnald scoprono il sistema di antenna e capiscono che non tutte le molecole fanno fotochimica- 1937 Hill scopre altri donatori di elettroni oltre all'acqua- 1959 Emerson fotosintesi avviene grazie a due fotosistemi che funzionano consequenzialmente- 1966 Jagendorf la sintesi di ATP avviene soprattutto per la fotosintesi del delta PH e non della differenza dicarica e di pH del trasferimento di elettrico- 1969 Kok e Juliot eleborazione di un modello della fotolisi dell'acqua

SPETTRO DI ASSORBIMENTO E D'AZIONE- ASSORBIMENTO: Valutare l'assorbanza in funzione della lunghezza d'onda- AZIONE: Valutare l'efficacia di un parametro della fotosintesi (Ossigeno, ATP...)1) ESPERIMENTO DI ENGALMANNEngelmann

illumino’ con luce monocromatica sfruttando un prisma unfilm di alga Spyrogira. Osservo’ che batteri aerobici localizzavano nellezone irraggiate con lunghezza d’onda assorbite dalle clorofille (blu erossa) ⇒2) ESPERIMENTO DI EMERSON E ARNOLD 2Illuminando una sospensione di Chlorella con brevi flash di luce bianca(10-5s, con un intervallo di 0.1s) di intensita’ crescente, trovarono chel’evoluzione di O2 seguiva una curva a saturazione!Più intenso è il flash, più ossigeno viene prodotto. Poi la curva va asaturazione perche la curva è limitata da qualcosa (oggi si sa: solo unnumero limitato di molecole di clorofilla può fare fotochimica). E comeconseguenza di questo limita, a saturazione veniva prodotta 1 solamolecola di ossigeno ogni 25000 molecole di clorofilla (le clorofille sitrovano mediante spettrofotometro, calcolando l’assorbanza).Dal grafico dell’esperimento di Emerson e Arnold, nel tratto

Lineare, possiamo calcolare il rendimento quantico della fotosintesi (Φ) a vedere l'efficienza della fotosintesi Φ compreso tra 0 e 1. L'efficienza della reazione fotochimica è quasi del 100%, mentre l'efficienza della conversione energetica è del 27% (tra le ragioni una è che non tutta la luce va a dare fotochimica).

3) ESPERIMENTO DI HILL

Nel 1937 Robert Hill dimostrò che tilacoidi isolati esposti alla luce possono ridurre una serie di composti, come i sali di ferro, secondo l'equazione di Hill, e produrre ossigeno. Quindi diversi composti (e non solo l'acqua) possono funzionare da accettori artificiali di elettroni nella reazione di Hill.

La caduta nel rosso (Red Drop)

Alla fine degli anni '50 Emerson misurò il rendimento quantico a diverse lunghezze d'onda e trovò che la resa diminuisce a λ> 680 nm. Questo perché solo un fotosistema (P700) assorbe luce a λ> 680 nm.

Il potenziamento

Se uso flash per...

Lungo tempo, ho il tempo perché la molecola si eccita più volte e quindi ho una ridondanza disegnale.

Quando Emerson misurò la velocità della fotosintesi, dando luce a due l separatamente e contemporaneamente trovò che, dando le due insieme, la velocità di fotosintesi era maggiore di quella osservata dando le due l separatamente.

Questo perché servono due fotosistemi consecutivi per avere un'efficienza fotosintetica. Due fotosistemi generano un gradiente protonico (per la produzione di ATP) e NADPH. Gli elettroni fluiscono prima attraverso il fotosistema II, poi attraverso il fotosistema I. Gli elettroni provengono dall'acqua: due molecole di H2O vengono ossidate generando una molecola di O2 e 4 elettroni che sono incanalati attraverso la catena fotosintetica del trasporto degli elettroni.

Oggi sappiamo che i due fotosistemi lavorano seguendo lo schema Z. La luce a 680 nm, assorbita da PSII, produce un forte ossidante, che ossida l'H2O.

(strappa elettroni in acqua), e un deboleriducente (utilizzato per il trasporto di elettroni)

La luce a 700 nm, assorbita da PSI, produce un forte riducente- (che riduce il NADP+ in NADPH) e un debole ossidante (ri-ridottodagli elettroni di P680)

I due fotosistemi si trovano sulla membrana dei tilacoidi, ma hanno unalocalizzazione differenziale .

PSI, la sua antenna e l'ATP sintasi si trovano nelle lamelle stromali e ai bordi dei grana- PSII, la sua antenna e i trasportatori di elettroni si trovano nelle lamelle dei grana

Il cytb6f e' distribuito uniformemente nei grana e nelle lamelle stromali

VARIAZIONE DEI RAPPORTI NEI FOSISTEMI:

Le piante eliofile sviluppano cloroplasti di sole, con pochi tilacoidi e un basso rapporto PSII/PSI- Le piante sciafile hanno cloroplasti di ombra, con tilacoidi abbondanti e elevato rapporto PSII/PS

LEZIONE 3

I COMPLESSI ANTENNA

Complessi fatti da proteine e pigmenti (crolofille e carotenoidi) deputati alla raccolta dell'energia.

A differenza