Morfologia e fisiologia vegetale - fotosintesi

La fotosintesi

Le piante hanno la capacità di sintetizzare sostanze organiche partendo da sostanze inorganiche come la CO₂ e H₂O. Tutto questo è possibile grazie ai cloroplasti, organuli la cui origine è attribuita a un processo di simbiosi tra cellule eucaristiche ancestrali e batteri fotosintetizzanti. Questa teoria è avvalorata dalla presenza, oltre di un DNA e di ribosomi propri del cloroplasto, anche da fotosistemi simili a quelli batterici (Cianobatteri).

I cloroplasti sono costituiti, dall’esterno verso l’interno, da una doppia membrana citoplasmatica, una esterna ed una interna, separate da uno spazio intermembrana. Immersi nello stroma troviamo delle strutture membranose, simili a vescicole appiattite che prendono il nome di tilacoidi. Più membrane sovrapposte prendono il nome di grana. Immagine.

Sintesi di ATP e NADPH

A livello di queste strutture troviamo un complesso proteico coinvolto nel trasporto degli elettroni che culmina con la sintesi di ATP e NADPH. Questo complesso comprende diverse molecole fotoeccitabili, come la clorofilla e i carotenoidi, che hanno il compito di assorbire diverse lunghezze d’onda.

I fotosistemi

Nelle piante distinguiamo due fotosistemi (PS), PSI e PSII. Nel PSII troviamo una molecola di clorofilla detta P680, dove 680 indica la lunghezza d’onda alla quale questa molecola è maggiormente eccitata, mentre nel PSI troviamo la P700. A differenza dei batteri purpurei, il trasferimento di elettroni non è ciclico ma culmina con la scissione di una molecola di H₂O a livello del PSII con il rilascio di O₂.

Funzionamento del fotosistema

I fotosistemi sono costituiti da un sistema antenna che raccoglie l’energia luminosa e la trasmette al centro reattivo, rispettivamente il P680 e P700. La fotosintesi inizia con il trasferimento di energia da un fotone al sistema antenna e da questo al centro reattivo dove il P680 perde un elettrone.

Il P680 si trova legato a due proteine, D1 e D2, che mediano il passaggio degli elettroni; a queste proteine ne sono legate altre due che prendono il nome di plastochinone. Un plastochinone (Q_A) è legato covalentemente alla proteina D1 mentre il secondo (Q_B) in modo labile e può spostarsi lungo la membrana. Una volta che il primo elettrone è stato trasferito a Q_B, questo diventa Q_B^-. Il trasferimento di un secondo elettrone porta a Q_B^2- che richiama due protoni dallo stroma per ridursi a Q_BH₂. Gli elettroni vengono trasferiti al citocromo b₆f con il rilascio di due protoni nel lume del tilacoide. Dal citocromo b₆f gli elettroni vengono trasferiti ad un’altra proteina, la plastocianina, che li dona al P700 del PSI.