La fotosintesi

Formula della fotosintesi clorofilliana

La fotosintesi clorofilliana che avviene in natura per tutti gli esseri vegetali è costituita da una serie di reazioni chimiche e rientra tra tutti quei processi anabolici, di sintesi, dei carboidrati. Infatti è un processo del tutto opposto a quei processi inversi di catabolismo, ossia di ossidazione.Durante il processo della fotosintesi, attraverso la mediazione della sostanza clorofilla, la luce del sole consente di convertire le sei molecole di anidride carbonica dell’atmosfera (CO2) e le sei molecole d’acqua (H2O), in una sola molecola di glucosio (C6H12O6), uno zucchero che è fondamentale e indispensabile per la vita di ogni pianta. In particolare, come sottoprodotto di questa reazione chimica, si producono sei molecole di ossigeno, che ogni pianta libera, attraverso gli stomi, nell'atmosfera circostante. Questi stomi sono una sorta di piccoli buchi che si trovano sulle foglie.La formula generale del processo di fotosintesi è la seguente: 6 anidride carbonica (CO2) + 6 acqua (H2O) + Luce → glucosio (C6H12O6 ) + 6 ossigeno (O2).
Uno schema della fotosintesi clorofilliana

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La fotosintesi clorofilliana in breve

Una foglia in cui avviene la fotosintesi clorofilliana Grazie al processo di fotosintesi clorofilliana sia le piante verdi che altri organismi producono delle sostanze organiche, in genere carboidrati, a partire dall'anidride carbonica che si trova nell’atmosfera e dall’acqua metabolica, sempre se si trovano in presenza della luce solare. La fotosintesi clorofilliana è quindi il processo che consente la produzione primaria dei composti organici a partire da sostanze inorganiche. Forse rappresenta il più antico processo anabolico che si è sviluppato nei primi organismi viventi. La fotosintesi è infatti l'unico processo, importante biologicamente, che è capace di catturare l'energia solare e da questo dipende, in sostanza la vita che oggi esiste sulla Terra. Oltre al ciclo fotosintetico che produce la sintesi del glucosio, le piante effettuano anche un opposto ciclo ossidativo detto anche di respirazione cellulare, dei prodotti fotosintetici usati come nutrimento per le piante stesse. Il bilancio di ossigeno e di CO2 verso e dall'ambiente esterno è comunque a favore della fotosintesi.

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La fase luminosa della fotosintesi

Lo schema della fase luminosa La cosiddetta fase luminosa è dominata dalla clorofilla di tipo a e le molecole assorbono la luce selettivamente, nelle porzioni rosse e blu-violette dello spettro. L'energia catturata la permette la trasformazione degli elettroni da orbitali atomici con energia minore a orbitali con energia maggiore. Questi sono subito sostituiti dalla scissione delle molecole d'acqua che si divide in due elettroni, due protoni e un ossigeno grazie al processo di fotolisi da parte del "complesso evolvente ossigeno", OEC. Gli elettroni che sono liberati dalla clorofilla sono immessi nella catena di trasporto formata dal citocromo B6f, passando a un livello di energia inferiore. Quella persa viene usata per pompare i protoni dallo stroma nel tilacoide, provocando il cosiddetto gradiente protonico. Gli elettroni arrivano al fotosistema I, che per l’effetto della luce, perde altri elettroni che sono trasferiti alla ferredossina. Grazie alla proteina ATP-sintetasi sulla membrana del tilacoide , gli ioni H+ prodotti dall'idrolisi passano allo stroma sintetizzando l’ATP dai gruppi liberi del fosfato e di ADP. Per ogni due elettroni persi si forma una molecola di ATP.


La fase oscura della fotosintesi clorofilliana

Schema del ciclo di CalvinLa fase di "fissazione del carbonio", chiamata "ciclo di Calvin" comprende la trasformazione dell'anidride carbonica in composti organici e la riduzione del composto dell'ATP ricavato durante la fase luminosa.Nel ciclo c’è un composto organico, il ribulosio-bifosfato, che è trasformato fino a ritornare allo stato iniziale. Le sue 12 molecole presenti nel ciclo reagiscono con acqua e anidride carbonica trasformandosi grazie all'enzima ribulosio-bifosfato carbossilasi. Al termine del processo si originano anche 2 molecole del gliceraldeide 3-fosfato, espulse dal ciclo. Il ciclo di Calvin, per l’attivaziona, ha bisogno di energia chimica e di supporto attraverso l'idrolisi dei 18 ATP nell’ADP e dell'ossidazione delle 12 NADPH nel NADP+ e in ioni liberi di idrogeno H+ . Le ATP e NADPH consumate nel ciclo sono prelevate dalle molecole prodotte nella fase luminosa, e, ossidate, tornano nel pool per la riduzione. In complesso nel ciclo sono consumate sei molecole di anidride carbonica, 6 d’acqua, 18 molecole ATP e 12 NADPH allo scopo di formare il 2 gliceraldeide 3-fosfato, 18 gruppi di fosfato, 18 di ADP, 12 NADP+ e 12 protoni.