Appunti Botanica, file 5 (Fotosintesi)

Fotosintesi

Da un punto di vista dell’economia generale della natura è fondamentale perché mette a disposizione

sostanze organiche => molecole sulla base delle quale si possono costruire tutte le altre biomolecole di cui

gli esseri viventi sono fatti.

Esistono anche altri processi in grado di produrre da molecole inorganiche sostanze, sostane organiche,

sfruttando forme di energia diverse rispetto all’energia solare -- hanno funzionamento più marginale. Sono

stati probabilmente alla basse dell’origine della vita.

Il processo fotosintetico prevede la sintesi di carboidrati => glucosio (C H O ), partendo da anidride

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carbonica (CO ) e acqua (H O), in presenza di luce. I carboidrati, sono alla base della costruzione di molte

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altre biomolecole -- non a caso molte volte le cellule hanno come sostanze principali, proprio carboidrati =>

complesso relativamente rilevante delle membrane ad esempio. Essendo infatti sempre disponibili, le piante

tendono ad usarli spesso. Sono inoltre un buon deposito energetico, infatti, scindendo, liberano molecole di

ATP => energia, ed è in genere una forma di energia “pulita”, senza residui.

Il processo di costruzione della materia organica è un processo che lavora contro le tendenze naturali

organiche - infatti normalmente, introducendo anidride carbonica in acqua, non si ottiene materia organica,

ma le tipiche bollicine - => bisogna portare uno stato disordinato, in uno stato di ordine maggiore, quindi

bisogna fornire energia -- sostanzialmente l’uomo non ci è mai riuscito, ricavando la materia organica dalla

natura.

I carboidrati hanno diversi vantaggi:

• possono entrare nella cellula sia come molecole di piccolo peso molecolare, sotto forma di monosaccaridi

e disaccaridi;

• possono essere mossi/dislocati/trasportati da/tra piante diverse della pianta;

• contemporaneamente poi possono formare molecole deposito, come l’amico, e molecole strutturali.

• hanno contenuto energetico elevato

Processo :

Richiede il superamento di due ostacoli fondamentali:

a) riuscire ad operare in una condizione giusta di carbonio -- il carbonio presente in natura sotto forma di

CO , ha numero di ossidazione +4, mentre nei carboidrati ha numero di ossidazione 0, quindi bisogna

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trovare un modo per ridurlo => necessario disporre di protoni ed elettroni (potenziale riducente), che

hanno come fonte l’acqua ed energia (la riduzione avviene ad una spesa energetica rilevante, in quanto

si passa da uno stadio più stabile ad uno meno stabile)

b) necessità di trovare una fonte di energia, che serve sia per costruire i legami che per permettere la

riduzione del carbonio => è quindi un processo endoergonico, che necessita energia continuamente. La

fonte energetica risulta essere ovviamente la luce solare; quest’ultima, espressa sotto forma di energia

elettromagnetica, è legata allo spettro del visibile che va dal 390 nm (violetto) a 760 nm (rosso). La

fotosintesi ovviamente non utilizza tutte le radiazioni del visibile: ovviamente non userà quelle verdi

(visto appunto che le riflette tutte), ma in particolare tende a non usare i pigmenti con frequenza

intermedia. E’ necessario disporre inoltre di molecole che fungano da mediatori energetici (=> l’azione

tra acqua ed energia sull’anidride carbonica non è diretta, ma mediata) capaci di trasportare energia e

liberala sull’anidride carbonica, là dove è necessaria: questi sono il NADPH, come trasportatore del

potere riducente -- protone --, e ATP, come trasportatore di energia (solare). Queste molecole sono

semistabili e assai mobili; entrambe vengono continuamente caricate e scaricate nei momenti opportuni.

E’ fondamentale anche la presenza di molecole capaci di accettare e donare elettroni - quindi anche questi

veicola energia, ma in altra forma; questi vengono maneggiati dalle catene di trasporto elettronico formati

da molecole proteiche particolari, i citocromi, i plastochinoni e plstocianina, disposte spazialmente in aree.

Questi sono in grado di caricarsi e scaricarsi di elettroni seguendo una logica di riduzione, veicolando in

questo modo gli elettroni in modo efficiente.

La fotosintesi viene localizzata nei cloroplasti, organuli relativamente complessi, in cui si distinguono due

serie di reazioni:

1. La fase luminosa: la radiazione luminosa ha un ruolo fondamentale/immediato => è nella fase luminosa

che la luce gioca il ruolo. Avviene a livello delle membrane dei tilacoidi del cloroplasto; utilizzando la luce,

questa fase riesce a preparare tanti mediatori energetici carichi da utilizzare nella fase oscura => fase di

raccolta dell’energia.

I pigmenti -- le molecole colorate contenute nei cloroplasti -- hanno un ruolo fondamentale, di cui il

principale sono le clorofille a, in grado captare fondamentalmente luce rossa (660 nm) e luce blu (440

nm), e, a seguito dell’assorbimento, uno degli elettroni degli orbitali molecolari della testa della clorofilla

viene eccitato => passa dallo stato energetico fondamentale, ad uno stato con energia maggiore. A

riguardo intervengono anche, come già visto, carotenoidi e xantofille - pigmenti accessori - sia perché

permettono di sfruttare le radiazioni luminose non captate dalla clorofilla a, sia perché sono in grado,

attraverso un fenomeno di risonanza, di raccogliere fotoni => energia luminosa, ed eccitare le clorofille

a circostanti (a riguardo, fondamentale è la clorofilla b)

Una volta eccitato, l’elettrone può:

a. rimanere nella molecola, quindi, ad un certo punto, dovrà tornare allo stato energetico

fondamentale, cedendo una quantità di energia, di intensità pari a quella che gli era stata necessaria

per eccitarsi; questa energia viene restituita sotto forma di luce di fluorescenza -- osservabile e

misurabile sperimentalmente, in particolare analizzata se si vuole misurare l’efficienza della

clorofilla.

b. Essere ceduto dalla clorofilla, entrando in una delle vie di trasporto elettronico, capaci di spendere

tale elettroniche dove c’è necessità.

Perché solo rossa e blu? Perché sono più o meno energetiche, che sono meglio sfruttate dagli strumenti

molecolari presenti -- le ultraviolette sono molto più energetiche, ma l’elettone verrebbe eccitati tanto

da venir allon