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Fotosintesi clorofilliana riassunto

1. Assorbimento della luce
2. Cloroplasti
3. Clorofille
4. Formula
5. Fasi della fotosintesi

Fotosintesi clorofilliana riassunto

La fotosintesi clorofilliana è un processo chimico che permette la sintesi di molecole organiche (soprattutto carboidrati) a partire dalla CO2 (anidride carbonica) e dall’H2O (acqua). Durante la fotosintesi clorofilliana l’energia elettromagnetica viene trasformata in energia chimica (infatti la fotosintesi consente proprio di trasformare l’energia solare in energia chimica), e la CO2 (anidride carbonica) in un composto organico.

1. Assorbimento della luce

La luce visibile è una radiazione elettromagnetica con lunghezza d’onda variabile da 400-700 nm, una parte molto piccola dello spettro elettromagnetico, l’ambito che va dal colore violetto al colore rosso. L’energia di un singolo fotone è elevata se la luce è di colore violetto e diminuisce man mano che ci si avvicina al rosso. A lunghezze d’onda minori (e maggiori frequenze) corrispondono contenuti energetici maggiori.

Decadimento nella fotosintesi

Nella fotosintesi, quando i pigmenti assorbono il fotone, possiamo riconoscere due tipi di decadimenti dell’energia: il primo riguarda il concetto della fluorescenza mentre il secondo il concetto del trasferimento dell’eccitone.

Fluorescenza

Quando viene assorbito un fotone (fig.2A), un elettrone della molecola assorbente (chiamato cromoforo) viene spinto ad un livello energetico più elevato. Questo processo avviene in base al principio del “tutto-o-niente”; per essere assorbito il fotone deve possedere una quantità di energia (il quanto) esattamente uguale a quella necessaria per indurre la transizione elettronica.

Una molecola che ha assorbito un fotone si trova in uno stato eccitato, in genere instabile e tenderà a ritornare al livello energetico di partenza.

Assorbimento energia fotone

fig.2A Quando l’elettrone, che orbita attorno al nucleo dell’atomo, assorbe un fotone viene spinto ad un livello energetico più elevato (da n=2 a n=3).

Gli elettroni passano rapidamente in orbitali ad energia più alta, ma altrettanto rapidamente ritornano nei loro orbitali normali a bassa energia (fig.2B); lo stato eccitato decade quindi allo stato basale, rilasciando il quanto di energia assorbito sotto forma di luce o di calore, oppure producendo un lavoro chimico.

La luce emessa durante il decadimento allo stato basale di una molecola eccitata viene detta  fluorescenza  ed ha sempre una lunghezza d’onda più lunga della luce assorbita.

Emissione energia fotone

fig.2B Quando l’elettrone non viene più stimolato passerà dallo stato eccitato allo stato basale (da n=3 a n=2). Durante questo decadimento, allo stato energetico più bassa, verrà emesso, sotto forma di radiazione luminosa, il quanto di energia assorbito.

Trasferimento dell’eccitone

Oltre alla fluorescenza, nella fotosintesi clorofilliana esiste anche un altro importantissimo tipo di decadimento rappresentato dal trasferimento diretto dell’energia di eccitazione da una molecola eccitata a quella adiacente.

Importante
Come il fotone è considerato un quanto di energia della luce, l’eccitone rappresenta il quanto di energia trasferito da una molecola eccitata ad un’altra.

2. Cloroplasti

La fotosintesi delle piante avviene nei cloroplasti, organelli intracellulari circondati da membrana. Come i mitocondri possiedono due membrane, una esterna (permeabile a piccole molecole e ioni) e una interna (che genera e delimita un compartimento interno). Nel compartimento interno troviamo molte vescicole appiattite che prendono il nome di tilacoidi, che si organizzano in pile chiamate grani. Nelle membrane dei tilacoidi (indicate spesso come lamelle) troviamo i pigmenti fotosintetici e tutti gli enzimi che permettono le reazioni della fase luce dipendente e la sintesi dell’ATP. Il fluido che circonda le membrane dei tilacoidi è chiamato stroma e contiene tutta una serie di enzimi che catalizzano le reazioni luce indipendente.

3. Le clorofille

Le clorofille sono dei pigmenti presenti nelle membrane tilacoidi e sono i principali responsabili dell’ assorbimento  della luce. Si presentano di colore verde con strutture policicliche che ricordano la protoporfirina dell’emoglobina, in cui il ferro nella posizione centrale dell’anello è però stato sostituito da uno ione Mg2+.Immagine clorofilla

Formula

La fotosintesi clorofilliana può essere schematizzata nella seguente formula: 6 CO2 + 6 H2O → C6H12O6 + 6 O2

Questa formula ci dice che tramite la fotosintesi, l’anidride carbonica e l’acqua vengono trasformate in glucosio e ossigeno. Vorrei farti notare una cosa importante, cioè la relazione tra anidride carbonica e ossigeno. Per le piante la produzione di ossigeno è considerata come una sorta di scarto, mentre per le cellule animali è essenziale. L’opposto vale per le cellula animali le quali producono anidride carbonica come scarto mentre la stessa molecola rappresenta per le piante la molecola da cui si sintetizzano i carboidrati.

 

4. Fasi della fotosintesi

La fotosintesi nelle piante superiori è costituita da due processi separati ma collegati tra loro: la fase luminosa ( chiamata anche fotochimica) e la fase oscura (chiamata anche chimica). Nella fase luminosa abbiamo la trasformazione dell’energia elettromagnetica in ATP e nella riduzione di NADP+ (si legge: NAD fosfato ossidato) a NADPH (si legge: NAD fosfato ridotto). Questa fase comporta la liberazione secondaria di vari prodotti (nel caso della fotosintesi delle piante e dei cianobatteri e O2). Nella fase al buio, ATP e NADPH forniscono l’energia e il potere riducente necessari per la fissazione della CO2.

Importante
Gli organismi fotosintetici intrappolano l’energia solare e formano ATP e NADPH (si legge nad-fosfato-ridotto, per avere altre informazioni su questo trasportatore di elettroni ti consiglio di guardare le caratteristiche principali del NAD e FAD) che vengono successivamente usati come fonte di energia per la produzione di carboidrati (per vedere le caratteristiche e la classificazione dei carboidrati puoi guardare la parte delle molecole organiche e dei carboidrati) ed altri composti organici a partire da biossido di carbonio CO2 e H2O.

Fase luce indipendente

Le cellule animali per sintetizzare i carboidrati hanno sempre bisogno di precursori con almeno tre atomi di carbonio. Le piante e gli organismi fotosintetici, invece,  possono sintetizzare carboidrati a partire da CO2  e acqua, riducendo la CO2 a spese dell’energia fornita dall’ATP e del NADPH generati durante la fase luminosa.

Importante
La fase luce indipendente o reazioni di fissazione/assimilazione del carbonio (dette alcune volte, in modo improprio, reazioni al buio) sono guidate dai prodotti delle reazioni alla luce.
Nelle reazioni di fissazione del carbonio si utilizza l’ATP e il NADPH per ridurre la CO2 e formare tutti i componenti organici della cellula.

Le reazioni che portano alla fissazione della CO2 costituiscono una sorta di via ciclica dove gli intermedi sono continuamente rigenerati.

Questa via metabolica venne identificata nel 1950 da Melvin Calvin e Anrew Benson e James A. Bassham e per questo motivo viene spesso chiamata anche  ciclo di Calvin  o ciclo di Calvin-Benson.

La fissazione della CO2 avviene in tre fasi:

1. Reazione di fissazione del carbonio

Nella prima reazione del ciclo di Calvin si verifica il legame covalente della CO2 allo zucchero a cinque atomi di carbonio ribulosio 1,5-bifosfato con la formazione di un intermedio a sei atomi di carbonio ( perchè formato dai 5 atomi di carbonio del ribulosio + 1 atomo di carbonio della CO2) e la successiva scissione dello stesso intermedio instabile a sei atomi di carboni in due molecole a tre atomi di carbonio il 3-fosfoglicerato (3-PGA) una delle quali avrà  inglobato l’atomo di carbonio della CO2  appena fissato. Questa prima fase è catalizzata dall’enzima ribulosio 1,5bifosfato carbossilasi/ossigenasi o RuBisCo

Prima reazione cilco di calvin-Rubisco

2. Conversione del 3-PGA in G-3P

Nella seconda fase del ciclo si Calvin il 3-fosfoglicerato (3-PGA) che si è formato nella prima reazione del ciclo viene   trasformato in gliceraldeide-3-fosfato  (G3P) in due tappe che sono essenzialmente l’inverso delle corrispondenti tappe che si verificano nella glicolisi anaerobica.

Seconda reazione ciclo di Calvin

3. Rigenerazione del ribulosio 1,5BP

Nella prima e nella seconda reazione del ciclo di Calvin, per poter fissare la CO2 ,viene consumato ribulosio 1,5-bifosfato, il quale deve essere costantemente rigenerato per poter continuare la fissazione. Le cellule delle piante riescono a risolvere questo problema grazie a una serie di reazioni che formano, insieme alla precedere due reazioni, la via ciclica di Calvin.

Terza reazione ciclo di calvin

Importante
La fase oscura o luce indipendente si verifica nello stroma dei cloroplasti. Durante questa fase della fotosintesi si svolge il ciclo di Calvin, che prende il nome dal suo scopritore. Durante questa via metabolica la CO2 viene fissata e incorporata per poter sintetizzare una molecola di G3P che verrà utilizzata per sintetizzare carboidrati e altri metaboliti.

 

Schema – Fotosintesi clorofilliana riassunto

Ecco uno schema utile della fotosintesi.

settembre 19, 2012

1 Giudizi su Fotosintesi clorofilliana riassunto"

  1. chiaretta scrive:

    non è che dica molto ma per un interrogazione di scienze si può fare…:)

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