IL fotosintesi è un processo fotochimico che consiste nella produzione di energia attraverso la luce solare e la fissazione del carbonio dall'atmosfera.
Può essere riassunto come il processo di trasformazione dell'energia luminosa in energia chimica. Il termine fotosintesi ha come significato sintesi di luce.
Processo di fotosintesi
La fotosintesi è un processo che avviene all'interno della cellula vegetale, dalla CO2 (anidride carbonica) e H2O (acqua), come un modo per produrre glucosio.
Piante, alghe, cianobatteri e alcuni batteri svolgono la fotosintesi e sono chiamati esseri clorofilla, perché hanno un pigmento essenziale per il processo, la clorofilla.
La fotosintesi avviene nei cloroplasti, un organello presente solo nelle cellule vegetali, e dove si trova il pigmento clorofilla, responsabile del colore verde delle piante.
I pigmenti possono essere definiti come qualsiasi tipo di sostanza in grado di assorbire la luce. La clorofilla è il pigmento più importante nelle piante per l'assorbimento dell'energia dei fotoni durante la fotosintesi. Anche altri pigmenti partecipano al processo, come i carotenoidi e le ficobiline.
La luce solare assorbita ha due funzioni fondamentali nel processo di fotosintesi:
- Aumenta il trasferimento di elettroni attraverso composti che donano e accettano elettroni.
- Genera un gradiente protonico necessario per la sintesi di ATP (Adenosina Trifosfato - energia).
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equazione della fotosintesi
In sintesi, possiamo chiarire il processo di fotosintesi attraverso la seguente reazione:
H2O e CO2 sono le sostanze necessarie per effettuare la fotosintesi. Le molecole di clorofilla assorbono la luce solare e scompongono H2O, rilasciando O2 e idrogeno. L'idrogeno si unisce alla CO2 e forma il glucosio.
Questo processo porta all'equazione generale della fotosintesi, che rappresenta una reazione di ossidoriduzione. H2O dona elettroni, come l'idrogeno, per ridurre la CO2 per formare carboidrati sotto forma di glucosio (C6H12oh6).
Tuttavia, il processo fotosintetico è più dettagliato e si svolge in due fasi, come vedremo di seguito.
Fasi di fotosintesi
La fotosintesi si divide in due fasi: la fase luminosa e la fase oscura.
fase di luce
La fase chiara, fotochimica o luminosa, come la definisce il nome, sono reazioni che avvengono solo in presenza di luce e avvengono nelle lamelle dei tilacoidi del cloroplasto.
L'assorbimento della luce solare e il trasferimento di elettroni avviene attraverso fotosistemi, che sono insiemi di proteine, pigmenti e trasportatori di elettroni, che formano una struttura nelle membrane tilacoidi del cloroplasto.
Esistono due tipi di fotosistemi, ciascuno con circa 300 molecole di clorofilla:
- Fotosistema I: Contiene un centro di reazione P700 e assorbe preferenzialmente la luce di una lunghezza d'onda di 700 nm.
- Fotosistema II: Contiene un centro di reazione P680 e assorbe la luce preferibilmente di lunghezza d'onda a 680 nm.
I due fotosistemi sono collegati da una catena di trasporto degli elettroni e agiscono in modo indipendente ma complementare.
In questa fase avvengono due importanti processi: la fotofosforilazione e la fotolisi dell'acqua.
Fotofosforilazione
La fotofosforilazione è fondamentalmente l'aggiunta di un P (fosforo) all'ADP (adenosina difosfato), con conseguente formazione di ATP.
Nel momento in cui un fotone di luce viene catturato dalle molecole antenna dei fotosistemi, la sua energia viene trasferita ai centri di reazione, dove si trova la clorofilla. Quando il fotone colpisce la clorofilla, si eccita e rilascia elettroni che sono passati attraverso diversi accettori e si sono formati, insieme a H2O, ATP e NADPH.
La fotofosforilazione può essere di due tipi:
- fotofosforilazione aciclica: Gli elettroni che sono stati rilasciati dalla clorofilla non ritornano ad essa, ma all'altro fotosistema. Produce ATP e NADPH.
- Fotofosforilazione ciclica: Gli elettroni ritornano alla stessa clorofilla che li ha rilasciati. Forma solo ATP.
fotolisi dell'acqua
La fotolisi dell'acqua consiste nella scomposizione della molecola d'acqua da parte dell'energia della luce solare. Gli elettroni rilasciati nel processo vengono utilizzati per sostituire gli elettroni persi dalla clorofilla nel fotosistema II e per produrre l'ossigeno che respiriamo.
L'equazione generale della fotolisi o reazione di Hill è descritta come segue:
Pertanto, la molecola d'acqua è il donatore di elettroni per eccellenza. L'ATP e il NADPH formati saranno utilizzati per la sintesi di carboidrati da CO2. Tuttavia, questo accadrà nel passaggio successivo, la fase oscura.
fase oscura
La fase oscura, ciclo pentoso o ciclo di Calvin può avvenire in assenza e presenza di luce e avviene nello stroma dei cloroplasti. Durante questa fase si formerà glucosio da CO from2. Così, mentre la fase luminosa fornisce energia, nella fase oscura avviene la fissazione del carbonio.
Dai un'occhiata a un riepilogo di come si verifica il ciclo di Calvin:
1. Fissaggio del carbonio
- Ad ogni giro del ciclo, una molecola di CO2 è aggiunto. Tuttavia, sono necessari sei giri completi per produrre due molecole di gliceraldeide 3-fosfato e una molecola di glucosio.
- Sei molecole di ribulosio difosfato (RuDP), con cinque atomi di carbonio, si legano a sei molecole di CO2, producendo 12 molecole di acido fosfoglicerico (PGA), con tre atomi di carbonio.
2. Produzione di composti organici
- Le 12 molecole di acido fosfoglicerico (PGAL) si riducono a 12 molecole di aldeide fosfoglicerica.
3. Rigenerazione del difosfato ribulosio
- Delle 12 molecole di aldeide fosfoglicerica, 10 si combinano tra loro per formare 6 molecole di RuDP.
- Le due rimanenti molecole di aldeide fosfoglicerica servono ad avviare la sintesi dell'amido e di altri componenti cellulari.
Il glucosio prodotto al termine della fotosintesi viene scomposto e l'energia rilasciata permette il metabolismo cellulare. Il processo di scomposizione del glucosio è il respirazione cellulare.
Importanza della fotosintesi
La fotosintesi è il processo fondamentale di trasformazione dell'energia nella biosfera. Supporta la base della catena alimentare, in cui l'alimentazione di sostanze organiche fornite dalle piante verdi produrrà cibo per esseri eterotrofi.
Pertanto, la fotosintesi ha la sua importanza in base a tre fattori principali:
- Promuove la cattura di CO2 atmosferico;
- Esegue il rinnovo dell'O2 atmosferico;
- Guida il flusso di materia ed energia negli ecosistemi.
Fotosintesi e chemiosintesi
A differenza della fotosintesi che richiede la luce per verificarsi, chemiosintesi avviene in assenza di luce. Consiste nella produzione di materia organica da sostanze minerali.
È fondamentalmente un processo in due fasi eseguito solo da batteri autotrofi per ottenere energia. Nella prima fase le sostanze inorganiche vengono ossidate e, nella seconda fase, l'anidride carbonica viene ridotta, portando alla produzione di composti organici.
1° passaggio: Composto Inorganico + O2 → Composti inorganici ossidati + energia chimica
2° stadio: CO2 + H2O + Energia Chimica → Composti Organici + O2
Scopri di più, leggi anche:
- ciclo del carbonio
- ciclo dell'ossigeno
- Botanica: lo studio delle piante
