La fotosintesi

Materie:	Appunti
Categoria:	Biologia
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Data:	23.10.2001
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LA FOTOSINTESI
Le alghe, i licheni, i muschi, le felci , le piante superiori e alcuni batteri, sono capaci di svolgere la fotosintesi grazie alla presenza della clorofilla e di pigmenti accessori.
Un pigmento è una sostanza colorata capace di reazioni fotochimiche, capace cioè di assorbire le radiazioni luminose. Ciascun pigmento assorbe radiazioni di lunghezza d’onda specifica. Le radiazioni non assorbite vengono riflesse e sono responsabili del colore del pigmento.
La clorofilla per esempio, il pigmento vegetale responsabile del colore verde delle foglie, assorbe le radiazioni che appartengono alla banda del blu e del rosso mentre riflette quelle della banda verde. La clorofilla è una complessa molecola che contiene un atomo di magnesio ed è solubile in alcool, acetone e benzolo. In realtà, non esiste un unico tipo di clorofilla, ma sono state identificate varie molecole (le clorofille a, b, c e d) con strutture leggermente diverse tra loro e in grado di assorbire radiazioni luminose di diversa lunghezza d’onda.
I pigmenti accessori assorbono radiazioni luminose di lunghezza d’onda diversa trasferendo in seguito l’energia alla clorofilla. Tra i pigmenti accessori, particolarmente notevoli sono i carotenoidi (caroteni e xantofille)
Nelle cellule eucariotiche la clorofilla è contenuta nei cloroplasti, mentre nei procarioti si trova all’interno di membrane distribuite lungo la periferia della cellula. Nei vegetali meno evoluti tutte le cellule dell’organismo contengono clorofilla e compiono la fotosintesi.
Le piante più evolute, invece, possiedono tessuti specializzati le cui cellule contengono clorofilla e possono compiere la fotosintesi. Le cellule fotosintetiche delle piante sono raggruppate nelle foglie e nei giovani fusti.
All’interno di ogni cloroplasto i pigmenti clorofilliani sono localizzati sulla membrana che costituisce i tilacoidi dove avvengono le reazioni fotochimiche che innescano il processo fotosintetico. Le reazioni chimiche successive avvengono invece nello stroma, la porzione fluida dei cloroplasti dove si trovano in soluzione gli enzimi specifici che catalizzano ciascuna reazione.

Le due fasi della fotosintesi
In modo semplificato si può riassumere quanto avviene nella fotosintesi con la seguente equazione:
6CO2 + 6H2O + energia ==> C6H12O6 + 6O2
L’anidride carbonica (CO2) utilizzata in questo processo è quella atmosferica ed entra nelle foglie tramite speciali aperture dette stomi; l’acqua (H2O) viene assorbita dalle radici. L’energia è quella luminosa proveniente dal Sole che raggiunge le piante ed è captata, assorbita e trasformata in energia chimica che viene inglobata nelle molecole del glucosio (C6H12O6), uno zucchero che rappresenta la principale sostanza nutritiva di tutte le cellule viventi. Il processo di conversione dell’anidride carbonica atmosferica in composti organici è detto fissazione dell’anidride carbonica o anche organicazione del carbonio.
La fotosintesi si realizza attraverso la successione di due fasi distinte: la fase luminosa e quella oscura. La prima è avviata solo dalla luce e dipende strettamente dalla clorofilla. La seconda fase è detta oscura non perché si realizza al buio, ma perché, a differenza della prima, non necessita di luce come fonte di energia.
La fase luminosa
Durante questa fase, detta anche fase fotochimica, l’energia luminosa è assorbita e poi trasformata in energia chimica, vale a dire utilizzata per formare ATP e NADPH attraverso un processo chiamato fotofosforilazione non ciclica. Inoltre viene liberato nell’ambiente ossigeno proveniente dalla demolizione di molecole di acqua.

Le molecole coinvolte nelle reazioni della fase luminosa della fotosintesi, che si trovano nei cloroplasti sulle membrane dei tilacoidi, formano due fotosistemi, il fotosistema I e il fotosistema II , che differiscono uno dall’altro per la lunghezza d’onda della luce che riescono a captare. Ogni fotosistema è formato da 250-400 pigmenti capaci di assorbire le radiazioni luminose. In ciascun fotosistema una molecola di clorofilla a costituisce il centro di reazione, capace di dare il via alle reazioni della fase luminosa. Gli altri pigmenti, servono a captare la luce e a trasferire l’energia assorbita da una molecola all’altra fino al centro di reazione, dove avviene la conversione dell’energia luminosa in energia chimica (la fase oscura).
Durante la fase luminosa, l’energia fornita dalla luce è sufficiente anche per rompere una molecola d’acqua formando ossigeno e idrogeno: l’ossigeno è liberato nell’atmosfera, mentre l’idrogeno, con la sua energia, viene incorporato nell’NADP per formare NADPH.

Fase oscura
La fase oscura è la fase in cui l’energia, accumulata nelle molecole di ATP e NADPH, viene utilizzata per formare una molecola organica, il glucosio, a partire da un composto inorganico, l’anidride carbonica. Dal momento che l’intero processo avviene indipendentemente dalla luce, si parla di fase oscura.
Le reazioni della fase oscura hanno luogo nello stroma dei cloroplasti, dove sono localizzati tutti gli enzimi necessari. Anche in questo caso il processo si svolge in diverse tappe che costituiscono un ciclo perché si concludono con la rigenerazione del composto di partenza. Il ciclo della fase oscura è chiamato ciclo di Calvin. Per generare una molecola di glucosio sono necessarie 6 molecole di anidride carbonica per un totale di 6 giri del ciclo.

Chemiosintesi
Vi sono alcuni tipi di batteri che ricavano la loro energia mediante speciali processi di ossidazione: questo procedimento viene denominato chemiosintesi. Fra i batteri chemiosintetici ricordiamo i solfobatteri, che ricavano energia trasformando l’acido solfidrico in zolfo; i ferrobatteri che ricavano energia dall’ossidazione di sali ferrosi; i batteri nitrificanti che provvedono al loro metabolismo utilizzando anidride carbonica e ammoniaca. Altri batteri ossidano l’idrogeno trasformandolo in acqua mentre i batteri metanogeni ricavano energia trasformando il metano in anidride carbonica e acqua.