Riassunto esame Fisiologia vegetale , Prof. Pasqua Gabriella, libro consigliato Elementi di fisiologia vegetale, S. Carfagna

Processi fotosintetici e pigmenti

La fotosintesi è un processo fondamentale per la produzione di energia nelle piante e negli organismi fotosintetici. Durante questo processo, i pigmenti fotosintetici svolgono un ruolo chiave nell'assorbimento della luce e nella conversione dell'energia luminosa in energia chimica.

Esistono diversi tipi di pigmenti fotosintetici, tra cui:

• Clorofille c: presenti nelle diatomee e in alcuni gruppi di alghe.
• Batterioclorofille: presenti nei batteri fotosintetici. Questi batteri sono in grado di svolgere la fotosintesi in modo più semplice rispetto alle piante, poiché utilizzano una lunghezza d'onda più alta che richiede meno energia. Questi batteri vivono principalmente in ambienti acquosi, poiché l'acqua assorbe parte dell'energia necessaria.
• Carotenoidi: pigmenti con una struttura composta da due anelli fenolici alle estremità e una catena idrofobica. Svolgono un ruolo importante nella protezione dell'apparato fotosintetico. Le piante che non sono in grado di sintetizzare i carotenoidi sono letali. I carotenoidi trasferiscono energia a bassa potenza alla clorofilla, assorbendo la luce a una lunghezza d'onda di 400 nm e cedendola a un'energia più bassa. Questo processo è importante per evitare che gli elettroni vengano dispersi in presenza di ossigeno prodotto durante la fotosintesi, formando radicali liberi.

In conclusione, i pigmenti fotosintetici svolgono un ruolo cruciale nella fotosintesi, assorbendo la luce e trasferendo l'energia ai processi chimici necessari per la produzione di energia nelle piante e negli organismi fotosintetici.

Formazione di radicali. In tutti i processi biologici che utilizzano luce per funzionare esistono dei pigmenti appositi. Per capire quale pigmento è coinvolto disegno lo spettro di azione che mi dice. I pigmenti fotosintetici captano la luce solare e la trasferiscono al centro d'azione (pigmento) per convogliare l'energia assorbita da pigmento a pigmento nel centro di reazione che perde l'elettrone e lo incanala nella via di trasporto elettronico che serve a ridurre l'accettore finale nADP. Questo sistema permette anche di costruire un gradiente di protoni che serve a costruire ATP. L'antenna è formata da 200 molecole di clorofilla che sono integrate, infilate nella membrana dei tilacoidi, stabilizzate da proteine, si trasferiscono energia dall'una all'altra fino ad arrivare al centro di reazione: energia trasferita ad imbuto perché la molecola di clorofilla che sta più all'esterno prende un livello energetico maggiore.

di quella più interna. Per questo motivo l'energia non può tornare indietro perché le molecole più interne hanno bisogno sempre di energia minore delle altre.

Effetto Emerson, caduta nel rosso

Vado a misurare l'efficienza fotosintetica del processo alle varie lunghezze d'onda. Vedo che tutta la luce, compresa la luce del rosso, all'inizio è potente ma all'improvviso cade nel rosso (700 nm). Esistono quindici fotosistemi che per funzionare devono lavorare accoppiati, perché se uno viene inibito l'altro non ce la fa a fare la fotosintesi:

• Fotosistema II. Assorbe a 680 nm
• Fotosistema I. Assorbe a 700 nm (rosso lontano)

La luce a 700 quindi, da sola, nonostante la clorofilla assorba non è sufficiente a garantire la fotosintesi. Il PSI lavora sempre, il PSII lavora da 500 a 680, quindi se do 700 quel sistema non funziona. L'assorbimento elettronico comporta che la luce colpisce il PSII e il PSI.

Che è il secondo in serie; la luce viene assorbita dal fotosistema e quando la clorofilla viene colpita dalla luce perde un elettrone e diventa riducente ma diventa anche ossidante (necessità di ricevere elettrone). Questa energia, che fa schizzare l'elettrone e la rende affamata di elettrone perché l'ha perso, incontra l'acqua che sta intorno e va ad agire su essa strappando l'elettrone all'acqua; l'acqua così si spacca in H e O e viene ossidata da H 0 a O con perdita di elettroni e 2 protoni (molecola ossidata ha meno protoni) che restano nel tilacoide.

La fotosintesi avviene nei cloroplasti che hanno le membrane organizzate in tilacoidi: spazio esterno (stroma), dove viene prodotto ATP e NADPH e uno spazio esterno dove vengono trasportati elettroni e viene spaccata l'acqua dove viene evoluto H e O all'interno del sistema. Il trasporto elettronico avviene in una serie di elementi che stanno inseriti nella membrana.

Il processo di fotosintesi avviene all'interno dei cloroplasti, in particolare nei tilacoidi, che sono delle membrane interne a forma di disco. Durante la fotosintesi, l'energia luminosa viene catturata dai pigmenti fotosintetici, come la clorofilla, e utilizzata per convertire l'acqua e il biossido di carbonio in zuccheri e ossigeno.

Il flusso di elettroni durante la fotosintesi avviene attraverso due fotosistemi, chiamati fotosistema I (PSI) e fotosistema II (PSII). Questi fotosistemi sono costituiti da complessi proteici e pigmenti fotosintetici che assorbono l'energia luminosa.

Il PSII è responsabile della cattura dell'energia luminosa a una lunghezza d'onda di 680 nm. Durante questo processo, la clorofilla del PSII perde un elettrone e lo cede a una serie di proteine legate al sistema di membrana chiamato complesso di evoluzione dell'ossigeno. Questo complesso è associato al manganese e accetta un elettrone alla volta dall'acqua, che viene quindi ossidata e rilascia ossigeno come sottoprodotto.

Una volta che il PSII ha catturato l'energia luminosa e ha perso un elettrone, l'elettrone viene trasferito al PSI attraverso una serie di proteine chiamate staffette. Durante questo processo, l'energia luminosa viene utilizzata per pompare protoni attraverso la membrana tilacoidale, creando un gradiente di concentrazione di protoni tra l'interno e l'esterno del tilacoide.

Il PSI, che assorbe l'energia luminosa a una lunghezza d'onda di 700 nm, utilizza l'elettrone proveniente dal PSII per ridurre il NADP+ a NADPH. Questo processo avviene grazie a una proteina che utilizza il gradiente di protoni creato dal PSII per produrre ATP dall'ADP.

In conclusione, il flusso di elettroni durante la fotosintesi avviene attraverso i fotosistemi PSII e PSI, che sono collegati tra loro da staffette proteiche. Il PSII cattura l'energia luminosa, ossida l'acqua e trasferisce gli elettroni al PSI, che riduce il NADP+ a NADPH. Durante questo processo, viene anche prodotto ATP utilizzando il gradiente di protoni creato dal PSII.

→ → →H O Mn tirosina clorofilla P680 feofitina plastochinoni associati alla parte stromatica D1 e D2

Nel lume si forma un gradiente protonico perché l’acqua cedendo l’elettrone perde anche il protone.

Fotosistema I

La plastocianina dà un elettrone a P700 che lo perde.

Il gradiente protonico è una forma di energia potenziale utilizzata da una proteina che ha un sito di attacco→stromatico ADP + Pi e quando passano protoni si costruisce ATP. ADP + Pi ATP

Siamo al buio, membrane tilacoidali le carico di protoni (pH 4), le metto a pH 8 creando un gradienteprotonico (dentro 8 fuori 4), ci metto dentro ADP e Pi, si forma ATP.

Processo fotosintetico

Iniziamo con il dire che i due fotosistemi sono in serie quindi se una lavora l’altro è a riposo. I pigmentiricevono la luce e la trasferiscono alla molecola successiva (carotenoidi, clorofilla b e clorofilla a), la clorofillaa è l’unica capace di convertire l’energia

Luminosa in energia chimica degli elettroni. Una volta che viene colpita dalla luce, la molecola si eccita e avviene uno spostamento dal pigmento esterno al centro di reazione. Mentre la molecola rimane in uno stato eccitato per pochissimo tempo parte dell'energia viene dissipata sotto forma di calore (dalla clorofilla b che assorbe a 650 nm alla clorofilla a che assorbe a 670 nm) e trasferita al centro di reazione P680 (trasferimento di energia per risonanza di fluorescenza): man mano che i pigmenti trasferiscono l'elettrone dissipano energia sotto forma di calore, per far sì che l'elettrone non torni mai indietro, garantendo un flusso unidirezionale. Nel sistema antenna si trovano delle proteine specializzate a captare la luce che contengono clorofilla a, b e carotenoidi (LHCII nel PSII e LHCI nel PSI): i carotenoidi o la clorofilla b sono i primi a captare la luce e trasferirla alla clorofilla a e altri pigmenti antenna associati al centro di reazione che mandano

L'elettrone ad un accettore. La clorofilla che manda l'elettrone alla molecola accettore si trova in uno stato di ossidazione, mentre l'accettore si riduce. Così la clorofilla, avendo bisogno di un elettrone, lo chiede ad un donatore, che a sua volta lo chiede ad un altro donatore: il primo donatore è l'H2O, mentre l'accettore finale è l'NADP+. L'elettrone che la clorofilla perde, inviandolo a P680, lo riacquista tramite la scissione dell'acqua: 2H2O -> O2 + 4H+ + 4e-. L'ossidazione dell'acqua avviene nel lume del tilacoide che genera un pH alto a causa della concentrazione di H+. Questa differenza di concentrazione causa lo spostamento di H+ che generano ATP. I fotoni eccitano le clorofille dei centri di reazione (P680 per PSII e P700 per PSI) e avviene uno sbalzo di elettrone che passa quindi attraverso una serie di carrier per ridurre il P700 (se gli elettroni provengono da PSII) o il NADP+ (se gli elettroni provengono da PSI).

Elettroni provengono da PSI). Nel lume del tilacoide, il PSII ossida l'acqua a O e vengono2rilasciati protoni nel lume. L'elettrone passa all'accettore plastochinone PQ viene ridotto dal PSII a PQH 2(protoni vanno dallo stroma al lume e si genera una forza proton motrice) e il citocromo b f ossida le molecole6di PQH rilasciando elettroni alla plastocianina che a sua volta riduce il PSI (P700) che era ossidato. Il PSI, che2riceve la luce a P700 e dona l'elettrone all'accettore, colma la lacuna con l'elettrone proveniente dal PSII.Nello stroma, il PSI riduce il NADP a NADPH con la ferredossina (Fd) e la flavoproteina ferredossina-NADPreduttasi (FNR). Appena i protoni diffondono dal lume allo stroma, l'ATP sintasi produce ATP.

Fase oscura della fotosintesi o ciclo di Calvin– fissazione e riduzione della CO 2Non c'è diretta necessità della luce come fonte energetica per la biosintesi dei prodotti, la luce serve

Perché attiva una serie di enzimi importanti in questo tipo di metabolismo. L'ATP e il potere riducente vengono utilizzati in parte anche per la fissazione e riduzione della CO2: il processo consiste nell'incamerare la CO2 all'interno di una molecola per poi ridurre il fosfoglicerato e l'intermedio per l'ottenimento di zuccheri. Queste reazioni avvengono al livello dello stroma del cloroplasto.

Il ciclo consiste in vari stadi:

1. Carbossilazione. Viene incamerata CO2, fase di fissazione, in un composto a cinque atomi di carbonio (lo zucchero ribulosio 1,5 bisfosfato) dove si ha carbossilazione che porta alla formazione di una molecola a 6 atomi di carbonio, molecola instabile che viene separata subito in 3 atomi di carbonio (3 fosfoglicerato). A livello del carbonio 2 si inserisce la CO2 e si ha un intermedio instabile che viene immediatamente idrolizzato e spaccato a livello tra c2 (superiore) e c3 (inferiore) con formazione di due molecole identiche.

tre atomi di carbonio (primo elemento che è acido fosfoglicerico, non è ancora uno zucchero ma un fosfoglicerato che dovrà essere ridotto e incamerata la CO2). Questo processo è eseguito dalla rubisco che incamera CO2 e si comporta anche da ossigenasi (riceve ossigeno con affinità molto più bassa per l'ossigeno rispetto alla CO2, quasi venti volte) portando avanti il processo di fotorespirazione.

Riduzione. L'acido fosfoglicerico viene ridotto (e utilizzato ATP) e si forma una fosfogliceraldeide per la riduzione in cui è necessaria ATP e il potere riducente costruito nella fase luminosa. Su sei molecole di trioso fosfato prodotte, 5 vanno per la formazione del ribulosio 1,5 bisfosfato e una è il guadagno netto della fotosintesi per fornire saccarosio o amido, che serviranno poi come sostanze di riserva per la crescita della pianta. Dopo la formazione dell'acido fosfoglicerico viene incamerata ATP per formare un