Title: La fotosintesi
1La fotosintesi
Lic. classicoD.A. Azuni - Sassari
Prof. Paolo Abis
2Le trasformazioni, orientate alla produzione di
materia organica, subite dall'acqua e
dall'anidride carbonica sono processi che non
avvengono spontaneamente, ma hanno bisogno di un
notevole apporto di energia dall'esterno per
poter essere svolti (si parla, in questo caso, di
reazioni "endoergoniche"). La luce del Sole,
catturata dai pigmenti fotosintetici, fornisce
l'energia necessaria ad alimentare l'intera serie
di reazioni chimiche.
3La reazione complessiva della fotosintesi può
essere così riassunta 6 CO2 6 H2O gt
C6(H2O)6 6 O2
Glucosio
Radiazione solare
Energia luminosa gt En. Chimica
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- La fotosintesi è un processo redox, come la
respirazione cellulare - Nella fotosintesi lH2O viene ossidata e la CO2
viene ridotta.
5La foglia
6La foglia
Epidermide superiore
Parenchima clorofillico
Epidermide inferiore
Vasi di trasporto
7La foglia
Epidermide superiore
Parenchima clorofillico
Epidermide inferiore
Stoma
Vasi di trasporto
8Gli stomi
Le uniche cellule dell'epidermide ricche di
cloroplasti (e quindi in grado di svolgere la
fotosintesi) sono proprio le "cellule di guardia"
degli stomi. Tutte le altre cellule epidermiche
sono trasparenti alla luce, che le attraversa per
andare a colpire i tessuti sottostanti, i
clorenchimi, innescando la prima fase
della fotosintesi.
9I cloroplasti
10I cloroplasti
Doppia membrana esterna Serie di membrane
interne sovrapposte e collegate fra loro in modo
da ottenere il massimo sviluppo di area
superficiale sono le membrane fotosintetiche,
quelle in cui si trovano "ancorati" i pigmenti
destinati a catturare la luce solare. Vescicole,
o sacchetti (tilacoidi), alcuni dei quali
impilati gli uni sugli altri in strutture simili
ad ammassi (grana) I grana sono collegati tra
loro da altre membrane con struttura lamellare
(intergrana). I tilacoidi sono immersi in una
soluzione (stroma), caratterizzata da un alto
contenuto di proteine (specialmente enzimi, tra i
quali quelli destinati a formare i carboidrati).
11La clorofilla
La molecola della clorofilla è caratterizzata da
un "nucleo porfirinico" formato da quattro anelli
pirrolici, un atomo di magnesio (Mg) e numerosi
doppi legami coniugati. E' la parte evidenziata
in verde, in quanto è responsabile
dell'assorbimento di energia luminosa e, quindi,
della colorazione verde della clorofilla
stessa. Può essere paragonata a una vera e
propria antenna ricevente.
12Il processo di fotosintesi è molto articolato e
riunisce una lunga serie di reazioni complesse,
suddivise in fase luminosa e in fase oscura.
13- Le reazioni luminose trasformano lenergia
luminosa in energia chimica, liberando ossigeno
gassoso (O2). - Il ciclo di Calvin assembla molecole di zucchero
a partire da CO2 usando ATP e NADPH prodotti
dalle reazioni luminose.
0
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- Le radiazioni della luce visibile attivano le
reazioni della fase luminosa - La luce solare è energia elettromagnetica, che
viaggia nello spazio sotto forma di onde regolari.
15Nelle membrane dei grani, i pigmenti assorbono
principalmente le lunghezze donda blu-violetto
e rosso-arancione. Le lunghezze donde verde,
che vengono riflesse, sono quelle che
conferiscono il colore alle foglie.
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- I fotosistemi catturano lenergia solare
Le membrane dei tilacoidi contengono strutture
complesse, i fotosistemi, che assorbono lenergia
luminosa che eccita gli elettroni.
17- Ogni fotosistema è composto da
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- COMPLESSI DI PIGMENTI che catturano la luce
(clorofilla a, clorofilla b e carotenoidi)
- UN CENTRO DI REAZIONE con una molecola di
clorofilla a e un accettore primario di elettroni
che riceve lelettrone eccitato dalla clorofilla
a del centro di reazione.
18- In una molecola di clorofilla isolata, un
elettrone eccitato dalla luce torna allo stato
fondamentale, emettendo luce e calore.
19- Una molecola di clorofilla allinterno di un
fotosistema cede i propri elettroni eccitati alle
molecole vicine prima che essi tornino allo stato
fondamentale
20Centro di reazione
Alla catena di trasporto degli elettroni
Fotone
Clorofilla a
21- Gli elettroni eccitati vengono catturati
dallaccettore primario e passati da questo alla
catena di trasporto degli elettroni.
22- Nella fase luminosa, la sintesi di ATP avviene
per chemiosmosi - La catena di trasporto degli elettroni trasporta
in modo attivo ioni H attraverso la membrana
del tilacoide, dallo stroma al compartimento
interno del tilacoide. - Gli ioni H possono poi tornare indietro
diffondendo attraverso la membrana, sfruttando
lenergia generata dal gradiente di
concentrazione. - La diffusione indietro degli ioni H attraverso
la membrana tramite le molecole di ATP sintetasi,
fornisce lenergia per la fosforilazione dellADP
e la produzione di ATP (fotofosforilazione).
23- La sintesi chemiosmotica di ATP durante la fase
luminosa della fotosintesi
24Fase luce dipendente
Nella fase luminosa i pigmenti fotosintetici
assorbono l'energia radiante del sole e la
trasformano in energia chimica (sotto forma di
legami fosfato nelle molecole di ATP e come
potere riducente nel NADPH).
- In questa fase avviene la scissione dell acqua
(Fotolisi). - l'idrogeno dell'acqua viene legato al NADP che
si trasforma in NADPH - lO2 viene rilasciato come sottoprodotto.
25Fase luce dipendente
- Riassumendo
- Si genera un flusso di elettroni lungo i
fotosistemi (acqua-PS2-PS1-NADPH) - Vi è produzione di ATP e di NADPH
- Viene liberato ossigeno gassoso come scarto
26Ciclo di Calvin
Nella fase oscura l'ATP e il NADPH, formati
nella prima fase, riducono l'anidride carbonica
utilizzandola per sintetizzare i carboidrati.
- Queste molecole nel ciclo di Calvin vengono poi
combinate utilizzando l'anidride carbonica
ricavata dall'aria per costruire zuccheri a tre
atomi di carbonio e lenergia viene trasformata
in energia chimica accumulata negli zuccheri.
Glucosio e altri composti
fosfogliceraldeide
27- Una visione dinsieme la fotosintesi utilizza
lenergia luminosa per costruire molecole
organiche
28Le reazioni della fase oscura
LA FISSAZIONE DEL CARBONIO
Granuli di amido secondario di fagiolo
29- Come ha detto il premio Nobel per la medicina
Albert Szent-Gyorgyi (1893-1986) - "Ciò che sostiene la vita... è una piccola
corrente elettrica mantenuta dalla luce del
Sole",
30Influenza sullambiente
- Il fatto che la superficie della Terra (a
differenza di quel che accade negli altri pianeti
del Sistema Solare) sia un luogo tanto adatto per
il manifestarsi delle innumerevoli forme di vita
che ci circondano, si deve principalmente a due
cause - 1. la presenza dell'acqua allo stato liquido,
- 2. la presenza dell'ossigeno nell'atmosfera.
31Proprio la fotosintesi, svolta nel corso di
centinaia di milioni di anni da piante e batteri
fotosintetici, sarebbe responsabile delle
trasformazioni che hanno portato l'atmosfera del
nostro pianeta alla sua attuale composizione.
Gli organismi fotosintetici avrebbero dunque
trasformato radicalmente la nostra atmosfera,
estraendo l'ossigeno gassoso dall'acqua e
riducendo notevolmente la proporzione di anidride
carbonica (oggi vicina allo 0,03).
32Bilancio dell'ossigeno
33Fotosintesi ed ecosistemi
- La fotosintesi è alla base del flusso di energia
negli ecosistemi. - L'energia entra nell'ecosistema principalmente
dal sole, attraversa la catena alimentare, e
fuoriesce sotto forma di calore, materia organica
e organismi prodotti.
Attraverso il processo della fotosintesi gli
organismi produttori (autotrofi) sono in grado di
captare e utilizzare l'energia del sole per
trasformare alcuni composti inorganici (CO2 e
H2O) in composti organici (Carboidrati).