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La fotosintesi

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Lic. classico D.A. Azuni - Sassari Prof. Paolo Abis La fotosintesi La fotosintesi un processo redox, come la respirazione cellulare Nella fotosintesi l H2O ... – PowerPoint PPT presentation

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Title: La fotosintesi


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La fotosintesi
Lic. classicoD.A. Azuni - Sassari
Prof. Paolo Abis
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Le 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.
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La 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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0
  • La fotosintesi è un processo redox, come la
    respirazione cellulare
  • Nella fotosintesi lH2O viene ossidata e la CO2
    viene ridotta.

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La foglia
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La foglia
Epidermide superiore
Parenchima clorofillico
Epidermide inferiore
Vasi di trasporto
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La foglia
Epidermide superiore
Parenchima clorofillico
Epidermide inferiore
Stoma
Vasi di trasporto
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Gli 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.
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I cloroplasti
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I 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).
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La 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.
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Il processo di fotosintesi è molto articolato e
riunisce una lunga serie di reazioni complesse,
suddivise in fase luminosa e in fase oscura.
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  • 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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0
  • 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.

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Nelle 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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0
  • I fotosistemi catturano lenergia solare

Le membrane dei tilacoidi contengono strutture
complesse, i fotosistemi, che assorbono lenergia
luminosa che eccita gli elettroni.
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  • 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.

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  • In una molecola di clorofilla isolata, un
    elettrone eccitato dalla luce torna allo stato
    fondamentale, emettendo luce e calore.

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  • Una molecola di clorofilla allinterno di un
    fotosistema cede i propri elettroni eccitati alle
    molecole vicine prima che essi tornino allo stato
    fondamentale

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Centro di reazione
Alla catena di trasporto degli elettroni
Fotone
Clorofilla a
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  • Gli elettroni eccitati vengono catturati
    dallaccettore primario e passati da questo alla
    catena di trasporto degli elettroni.

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  • 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).

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  • La sintesi chemiosmotica di ATP durante la fase
    luminosa della fotosintesi

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Fase 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.

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Fase 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

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Ciclo 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
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  • Una visione dinsieme la fotosintesi utilizza
    lenergia luminosa per costruire molecole
    organiche

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Le reazioni della fase oscura
LA FISSAZIONE DEL CARBONIO
Granuli di amido secondario di fagiolo
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  • 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",

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Influenza 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.

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Proprio 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).
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Bilancio dell'ossigeno
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Fotosintesi 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).
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