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La fotosintesi
La fotosintesi è il processo principale di produzione di biomassa la quale poi passa a livelli trofici successivi. La fotosintesi crea biomassa a livello dei fotoautotrofi che viene poi mangiata dagli erbivori quindi è un innesco della rete trofica che parte dall'energia solare. La fotosintesi non è altro che il processo di organizzazione del carbonio all'interno di molecole che contengono carbonio ridotto come gli zuccheri esosi che avviene attraverso l'utilizzo dell'energia luminosa. La chemiosintesi è comunque una organizzazione del carbonio ma invece di sfruttare l'energia luminosa sfrutta l'energia contenuta in composti inorganici ridotti ad esempio la H2S. In entrambi i casi il donatore di carbonio è la CO2. Ci sono due tipi di fotosintesi: ossigenica e anossigenica. La differenza tra la fotosintesi anossigenica e la chemiosintesi è la fonte di energia che nella fotosintesi è la luce mentre nella chemiosintesi è l'energia contenuta in composti inorganici ridotti.La fotosintesi ossigenica è il processo mediante il quale gli organismi fotosintetici, come le piante, producono ossigeno utilizzando l'energia dei legami di composti organici ridotti. Questo tipo di fotosintesi ha avuto origine negli ambienti marini. La fotosintesi richiede l'assenza di ossigeno, ma avviene comunque in presenza di luce. L'accettore di elettroni non è l'ossigeno dell'acqua, ma l'acido solfidrico, e il prodotto finale è un carboidrato, mentre come sottoprodotto si ottengono acqua e zolfo. Questo tipo di fotosintesi è effettuato da alcuni batteri anaerobi fotosintetici, come i batteri verdi e purpurei e i batteri rossi non sulfurei. Questi batteri sono molto più semplici dal punto di vista della struttura e possiedono un unico fotosistema chiamato PSb. La fotosintesi anossigenica può essere presente in condizioni in cui c'è scarsità di ossigeno, ma comunque è presente la luce, ad esempio nella zona fotica della colonna d'acqua, durante la transizione tra la zona disfotica e la zona afotica.
CO2+2H2O+LUCE=CH2O+h2o+O2
Si formerà blu cosio acqua e ossigeno. Gli scambi gassosi avvengono attraverso gli stomi che si trovano sulla foglia. Di una pianta è capace di regolare l'apertura e la chiusura degli stomi per limitare le perdite d'acqua. La pianta può regolare l'apertura e la chiusura degli stomi in tempi diversi della giornata oppure effettuare il patching, ossia l'apertura e chiusura degli stomi in zone alterne.
La struttura fondamentale affinché possa avvenire la fotosintesi clorofilliana è il cloroplasto, un organello che presenta due membrane, una interna ed una esterna. All'interno del cloroplasto vi sono delle grana, in cui i tilacoidi sono impilati gli uni sugli altri come tante monete. Lo spazio in cui sono immersi le grana costituisce lo stroma.
La luce che interessa la fotosintesi è quella compresa tra i 400 e i 700 nanometri, cioè la luce par. La luce viene assorbita attraverso una serie di pigmenti.
Fase luminosa: Nella fase luminosa la luce assorbita dalla clorofilla viene utilizzata come fonte di energia per rompere le molecole di acqua e per sintetizzare ATP (da ADP) e NADPH (da NADP+). La clorofilla, alcuni pigmenti accessori e molecole trasportatrici di elettroni sono disposti sulle membrane dei tilacoidi a formare due raggruppamenti, il fotosistema I e il fotosistema II. L'energia luminosa "catturata" dai pigmenti del fotosistema II viene trasferita a una particolare molecola di clorofilla, che costituisce il centro reattivo. La clorofilla-centro reattivo viene "eccitata" e perde un suo elettrone che entra nella catena dei trasportatori di elettroni. Il flusso dell'elettrone lungo la catena fornisce l'energia necessaria per la sintesi di ATP da ADP. Anche il fotosistema I viene
Raggiunto dall'energia solare e la clorofilla-centro reattivo perde un elettrone; questo va alla catena dei trasportatori di elettroni del fotosistema I, il cui ultimo accettore è una molecola di NADP (nicotinammide-adenin-dinucleotide fosfato). Ciascuna molecola di NADP+ si lega a due elettroni e a uno ione idrogeno (proveniente dalla dissociazione dell'acqua), formando NADPH, un trasportatore ricco di energia.
FASE OSCURA: Nella fase oscura, gli enzimi presenti nello stroma utilizzano l'energia chimica contenuta nell'ATP e nel NADPH per ridurre (o fissare) il diossido di carbonio a glucosio. Le reazioni di questa fase, che possono avvenire anche in assenza di luce, costituiscono il ciclo di Calvin, dal nome dello scienziato statunitense M. Calvin (1911). Durante il ciclo di Calvin, una molecola di ribulosio difosfato (RuBP), uno zucchero a 5 atomi di carbonio già presente nel cloroplasto grazie a precedenti reazioni, si lega con una molecola di diossido di carbonio, CO2.
O, ancora, immagazzinato sotto forma di amido o trasformato in cellulosa.
Metabolismo delle piante:
PIANTE C3: Le piante C3 sono chiamate in questo modo perché la loro unica fissazione del carbonio è quella del ciclo di Calvin che fissa la CO2 in molecole a tre atomi di carbonio, la gliceraldeide tre fosfato. Questo ciclo consiste di tre passaggi fondamentali.
- Il primo passaggio consiste nella carbossilazione, in cui la CO2 viene incorporata nel ribulosio 1,5 bisfosfato dall'enzima rubisco, formando un intermedio instabile a sei atomi di carbonio che si scinde in due molecole di tre PGA.
- Il secondo passaggio implica una riduzione dell'acido 3-fosfoglicerico alla gliceraldeide 3 fosfato, in cui viene utilizzato il NADPH della fase luminosa. Una parte di 3GP viene indirizzata al metabolismo degli zuccheri, andando a formare saccarosio ed amido. Un'altra parte entra nel terzo processo del ciclo.
- Avviene la rigenerazione del ribulosio 1,5 bifosfato perché il ciclo deve ricominciare.
PIANTE C4: Le piante di tipo C4 hanno bisogno di più energia perché, invece di avere una sola carbossilazione, ne hanno due. Hanno un' anatomia corona. La rubisco fa la carbossilazione secondaria, mentre la carbossilazione primaria avviene ad opera della fosfo enol piruvato carbossilasi. Le reazioni di carbossilazione primarie avvengono nelle cellule del mesofillo fogliare, mentre le reazioni di carbossilazione secondaria avvengono nelle cellule della guaina del fascio. La CO2 viene aggiunta al fosfo enol piruvato, che è un composto a tre atomi di carbonio, formando così un composto a quattro atomi di carbonio chiamato OSSALACETATO. L'OSSALACETATO viene ridotto ad acido malico. L'acido malico passa dalle cellule del mesofillo alle cellule della guaina del fascio, dove viene decarbossilato ad opera dell'enzima malico rilasciando CO2 e piruvato. Il piruvato torna nelle cellule del mesofillo e viene fosforilato dalla piruvato
chinasi mi formando il fosfoenolpiruvato. La CO dueliberata dall' enzima malico può entrare nel ciclo di Calvin nelle cellule dellaguaina del fascio dove è presente la rubisco. Nelle piante c quattro non c'èassolutamente attitudine con l'ossigeno quindi questo insieme è solocarbossile ante.
PIANTE CAM :Il metabolismo di queste piante e molto simile a quello della cquattro però c'è una separazione temporale tra le 2:00 carbossilazione nelsenso che di notte gli stomi si aprono no entra.co due e ti ha lacarbossilazione primaria deL FOSFOENOLPIRUVATO ,Di giorno gli stomi si17chiudono e il malato viene decarbossilato. Il metabolismo cam e tipico dellecrassulacee la maggior parte delle piante succulente che hanno unaparenchima acquifero molto sviluppato. Gli stomi in queste piante si aprono dinotte consentendo di limitare al massimo le perdite di acqua per traspirazioneperché durante la notte vi sono temperature più basse.
LA FOTORESPIRAZIONE:La fotorespirazione è fondamentale per la pianta per evitare il fenomeno della foto inibizione. Quando viene prodotto troppo ATP e troppo NADPH, una parte di questi viene deviata nel processo di fotorespirazione che può essere considerata una valvola di sfogo dei processi di fotosintesi. La rubisco ha una duplice natura; possiamo utilizzare la CO2 come substrato quindi il ciclo di Calvin sia ossigeno cioè il ciclo C2 che è il ciclo del 2-fosfoglicolato ossia il processo di fotorespirazione. In questo caso la rubisco non forma due composti a tre atomi di carbonio ma a due composti. Uno con due atomi di fosfoglicolato e l'altro con tre atomi di carbonio 3PGA.
I FATTORI ECOLOGICI ABIOTICI:Per fattori ecologici si intendono tutti quei fattori chimici, fisici e biologici che possono influenzare la vita di un organismo vivente almeno in una fase del suo ciclo vitale. Gli organismi possono cambiare le loro esigenze durante il ciclo vitale.
tal caso cambia il tipo di fattore ecologico che permette all'imita la sopravvivenza, l'accrescimento, la presenza, la distribuzione e l'abbondanza di un organismo, di una popolazione o di una comunità dipendono da fattori ecologici. Esistono dei fattori ecologici abiotici e dei fattori ecologici biotici. I fattori biotici sono le interazioni intraspecifiche, quindi competizione, e le interazioni interspecifiche, cioè predazione, parassitismo e simbiosi mutualistica. I fattori ecologici abiotici possono essere distinti in risorse e in condizioni. Le risorse, ad esempio nutrienti, luce e acqua, sono fattori ecologici che vengono generalmente consumati e che vanno a influire sull'accrescimento di una popolazione. Le condizioni, quindi temperatura, umidità e pH, sono fattori chimici o fisici che generalmente vanno a influenzare i processi come metabolismo e riproduzione. Questi fattori non vengono consumati, ma possono influenzare la velocità con cui vengono consumate le risorse.
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