Fotosistema, Ciclo di Calvin

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Categoria:Biologia
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LA FOTOSNTESI AVVIENE IN DUE STADI COLLEGATI TRA LORO DALL’ATP E DAL NADPH
La fotosintesi è un processo composto da due stadi: il primo sono le reazioni luminose,ovvero la trasformazione da energia luminosa ad energia chimica immagazzinando ATP e NADPH (forma ossigeno). Queste reazioni luminose avvengono nelle membrane dei tilacoidi. La luce assorbita dalla clorofilla fornisce energia che azione il processo fotosintetico. Gli enzimi riducono il NADP(trasportatore di idrogeno) in NADPH tramite l’aggiunta di una coppia di elettroni. Ha bisogno della luce solare(processo luminoso).
Il secondo stadio è il ciclo di Calvin, ha luogo nello stroma e assembla molecole di zucchero (es. cellulosa, amido) tramite la fissazione di carbonio(corrisponde all’incorporazione degl’atomi di carbonio nei composti organici).Questo stadio non ha bisogno necessariamente di luce solare.
LE RADIAZIONI DELLA LUCE VISIBILE ATTIVANO LE REAZIONI LUMINOSE
La luce solare è una forma di energia chiamata elettromagnetica, che viaggia nello spazio attraverso le onde(la distanza tra una cresta e l’altra è detta lunghezza d’onda). Quando la luce colpisce la foglia una parte di esse viene assorbita per la fotosintesi, mentre un’altra parte viene riflessa o la attraversa. Le reazioni luminose utilizzano solo certe componenti della luce visibile. I cloroplasti contengono diversi pigmenti, uno è la clorofilla “a” che partecipa direttamente alle reazioni luminose; un’altra componente è la clorofilla “b” che non partecipa direttamente alle reazioni luminose.
I FOTOSISTEMI CATTURANO ENERGIA SOLARE
La luce viaggia sotto forma di singoli pacchetti di energia chiamati fotoni, questi corrispondono a una determinata quantità d’energia luminosa(l’energia del fotone è tanto maggiore quanto più corta è la lunghezza d’onda). Quando una molecola di pigmento assorbe un fotone, uno degli elettroni del pigmento acquista energia (l’elettrone si eccita). Lo stato è instabile, in quanto l’energia ottenuta si perde facilmente. Quest’energia persa diventa calore oppure un bagliore rossastro chiamato fluorescenza. La molecola che accetta un elettrone eccitato dalla clorofilla è detta accettare primario di elettroni, questo trasferimento è alla base delle reazioni luminose e di alcuni processi redox. La molecola di clorofilla e l’accettore primario costituiscono il centro di reazione. Questo e gli altri pigmenti funzionano come un’antenna, cioè, le molecole antenna assorbono fotoni e trasferiscono l’energia da molecola a molecola fino al centro di reazione. L’insieme dei componenti di questo centro è detto fotosistema (presente nella membrana dei tilacoidi, in grado di assorbire luce). Questo è diviso in fotosistema I e II.
LA CHEMIOSMOSI DIRIGE LA SINTESI DI ATP NELLE REAZIONI LUMINOSE
Durante le reazioni luminose l’energia liberata durante il flusso di elettroni, grazie alla particolare disposizione dei fotosistemi, può attivare il trasporto di ioni di idrogeno attraverso la membrana del tilacoidi(molto simile è il trasporto della catena di elettroni nei mitocondri). Mentre avvengono le reazioni redox, gli elettroni eccitati passano lungo una serie di trasportatori di elettroni perdendo energia e parte di questa viene usata per la sintesi di ATP da parte della chemiosmosi. Sia nei cloroplasti che nei mitocondri il trasporto di elettroni attiva lo stesso processo chemiosmotico, dove alcuni trasportatori di elettroni utilizzano energia per trasportare attivamente ioni H+ da una parte all’altra della membrane(dallo stroma al tilacoidi nei cloroplasti; nel mitocondrio per sintetizzare ATP). La produzione chesmiotica di ATP è detta fotosforilazione. Da notare è che l’accettore finale di elettroni è il NADP e non l’ossigeno, che invece di essere consumato è prodotto.
LA FOTOSINTESI UTILIZZA ENERGIA LUMINOSA PER COSTRUIRE MOLECOLE ORGANICHE
Nelle reazioni luminose che catturano energia solare la molecola d’acqua si scinde formando ossigeno, e nelle catene di trasporto di elettroni si formano ATP E NADPH. Il ciclo di Calvin fabbrica zucchero. Nello stroma gli enzimi di questo ciclo combinano l’anidride carbonica(CO2) con il ribulosio difosfato→RuDP producendo G3P (le molecole di zucchero formate partendo dal G3P sono la riserva alimentare delle piante) Le piante producono molto più zucchero di quello che realmente consumano così quello in eccesso viene immagazzinato sotto forma di amido. La fotosintesi è fondamentale per la produzione della materia organica di cui noi ci alimentiamo sulla Terra, senza di essa non ci potremmo sfamare in quanto non siamo organismi autotrofi quindi moriremmo.
LE PIANTE C4 E CAM HANNO SVILUPPATO SPECIALI ADATTAMENTI PER RISPARMIARE ACQUA
Le piante sono i principali produttori di cibo sulla Terra. Le piante C3 sono quelle in cui il ciclo di Calvin utilizza direttamente la CO2 dell’aria;il primo composto organico che producono è a 3 atomi di carbonio, esempi sono la soia, l’avena e il grano, che se coltivati in un clima caldo e secco limitano la propria produttività, in quanto chiudono i loro stomi(pori che permettono l’entrata di CO2 e l’uscita di O2) quando ciò accade un enzima incorpora O2 invece che CO2 è il processo che comincia con questa fissazione di ossigeno è detta fotorespirazione, che non produce né ATP né zuccheri. Altre specie di piante sono le piante C4, che risparmiano acqua e prevengono le fotorespirazione, con un clima caldo e secco tengono chiusi i loro stomi conservando l’acqua, tuttavia continua a produrre zucchero, esempi mais e canna da zucchero che sono composti a 4 atomi di carbonio. Altre piante sono le piante CAM, ananas e cactus che vivono in ambienti molto secchi. Esse conservano l’acqua e aprono gli stomi per far entrare la CO2 solo di notte, immettendo la Co2 nel ciclo di Calvin durante il giorno.

Esempio



  



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