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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• 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.

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• 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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• 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).