La fotosintesi: energia dal Sole

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1 La fotosintesi: energia dal Sole Gli organismi fotosintetici usano la luce del Sole, l acqua del suolo e il CO 2 dell atmosfera per produrre composti organici e liberare O 2 grazie alla fotosintesi. Sadava et al. Biologia.blu Zanichelli editore

2 Nelle piante la fotosintesi avviene nei cloroplasti 2

3 La fotosintesi: come e dove La fotosintesi è suddivisa in una fase luminosa (o luce dipendente) e una fase oscura (o luce indipendente) Le reazioni di entrambe le fasi avvengono all interno dei cloroplasti. Sadava et al. Biologia.blu Zanichelli editore

4 L ossigeno liberato dalla fotosintesi proviene dall acqua L uso di isotopi ha permesso di dimostrare sperimentalmente che l ossigeno liberato dalla fotosintesi deriva dall acqua e non dal diossido di carbonio. 4

5 Nelle piante la fotosintesi avviene nei cloroplasti Il diossido di carbonio è assorbito nelle foglie dall aria, attraverso delle piccole aperture dell epidermide chiamate stomi. Una volta nella foglia, il diossido di carbonio e l acqua diffondono nei cloroplasti, gli organuli in cui ha luogo la fotosintesi. La membrana tilacoidale contiene la clorofilla e altri pigmenti che assorbono la luce solare utile alla fotosintesi. La via metabolica in cui il diossido di carbonio viene dapprima legato a un composto organico, quindi convertito in un carboidrato, si svolge nello stroma del cloroplasto. 5

6 La fotosintesi immagazzina energia e rilascia ossigeno La fotosintesi è il processo che converte energia solare in energia chimica, sotto forma di carboidrati. La luce solare è energia in forma radiante proveniente dal Sole. Ciò che interessa per la fotosintesi è quella porzione dello spettro elettromagnetico che si chiama luce visibile. I principali pigmenti che si trovano nella maggior parte delle cellule fotosintetizzanti sono: la clorofilla a; la clorofilla b; i carotenoidi. 6

7 La fase luminosa I pigmenti sono necessari durante la fase luminosa, quando le molecole d acqua sono scisse e liberano ossigeno. Gli elettroni e gli atomi di H sono trasferiti alle molecole di NADP + che si riducono a NADPH + H +. Attenzione! La clorofilla contiene il Mg 7 Sadava et al. Biologia.blu Zanichelli editore 2011

8 La fotosintesi immagazzina energia e rilascia ossigeno L ATP è una molecola antica e universale, sintetizzata da tutti gli organismi viventi. L ATP viene utilizzata come fonte energetica per compiere il lavoro cellulare. Adenosin-trifosfato (ATP) Gli organismi fotosintetici sono autotrofi (protisti, cianobatteri, piante, alghe e muschi) perché producono il proprio cibo. 8

9 L energia degli elettroni eccitati dalla luce serve per produrre ATP Nella membrana tilacoidale, la clorofilla e altri pigmenti fotoassorbenti formano complessi inseriti in fotosistemi. Il ruolo della luce nella fotosintesi è quello di eccitare gli elettroni (e - ) nei fotosistemi. I cloroplasti usano questi e - eccitati per generare ATP, grazie a una catena di trasporto degli elettroni che rilascia energia in corrispondenza di ogni passaggio. 9

10 Reazioni della fase luminosa Durante la fase luminosa gli e - si spostano dall acqua al NADP + seguendo un percorso non ciclico, che ha inizio nel fotosistema II (PS II) e si conclude nel fotosistema I (PS I) attraverso una catena di trasporto degli elettroni. Nel PS I gli e - sono trasferiti alle molecole di NADP + che si riducono a NADPH. 10

11 La membrana tilacoidale è organizzata per produrre ATP e NADPH La produzione delle molecole energetiche ATP e NADPH si può suddividere in due serie di passaggi: la preparazione e l esito. Come risultato finale, la NADP-reduttasi riduce NADP +, che si combina con H + diventando NADPH. Gli ioni H + scorrono secondo gradiente attraverso il complesso dell ATP-sintetasi, che contiene un enzima il quale lega l ADP al gruppo fosfato producendo ATP. Il metodo sfruttato per la produzione di ATP si chiama chemiosmosi, poiché la sintesi è innescata dal gradiente di H + che si stabilisce tra i due lati di una membrana. 11

12 La membrana tilacoidale è organizzata per produrre ATP e NADPH 12

13 La fotosintesi è una reazione redox che libera ossigeno gassoso La fotosintesi è una reazione redox (ossia, l ossidazione e la riduzione avvengono in modo associato) in cui il diossido di carbonio viene ridotto e l acqua ossidata, con liberazione di ossigeno e formazione di glucosio. Durante la fotosintesi è attivo un coenzima di ossidoriduzione chiamato NADP +, che accetta gli elettroni riducendosi secondo la seguente reazione: NADP + + 2e - + H + NADPH 13

14 La fotosintesi prevede la fase luminosa e il ciclo di Calvin Le reazioni della fase luminosa avvengono nelle membrane del tilacoide durante le ore diurne, in presenza di luce. Durante il ciclo di Calvin, le reazioni enzimatiche riducono il CO2 a carboidrati nello stroma dei cloroplasti. 14

15 La fase indipendente dalla luce Il ciclo di Calvin produce glucosio a partire da CO 2, ATP e NADPH + H + generati durante la fase luminosa. 15 Sadava et al. Biologia.blu Zanichelli editore 2011

16 Il ciclo di Calvin produce carboidrati Durante le reazioni indipendenti dalla luce, il ciclo di Calvin consuma l ATP e il NADPH per produrre carboidrati. Nel corso di questo processo ha luogo la fissazione e la riduzione del CO2. 16

17 Il ciclo di Calvin produce carboidrati Il ciclo di Calvin prevede tre fasi: 1. la fissazione del CO2 - il CO2 atmosferico si combina con il RuBP (ribulosio bifosfato), producendo una molecola C6 che si scinde immediatamente in due molecole C3 (3PG); 2. la riduzione del CO2 - ciascuna molecola di 3PG viene ridotta in G3P (gliceraldeide-3-fosfato); 3. la rigenerazione del RuBP - le molecole di G3P sono usate per riformare le molecole di RuBP, in modo che il ciclo non si arresti. 17

18 Le piante partono dai carboidrati per la sintesi di altre molecole organiche Negli organismi fotosintetici, gli zuccheri semplici (G3P) prodotti dal ciclo di Calvin possono essere usati per la sintesi di altre importanti molecole, come il fruttosio, il saccarosio e l amido. 18

19 La respirazione nelle piante Come gli animali anche le piante hanno bisogno di energia per lo svolgimento dei loro processi vitali. Ne consegue che anch esse devono bruciare sostanze organiche e che quindi hannoi bisogno di introdurre ossigeno. L ossigeno entra attraverso gli stomi e da qui si distribuisce a tutte le cellule e sempre attraverso gli stomi liberano la CO2 e vapor acqueo. 19

20 Nelle piante coesistono due fenomeni che si possono considerare opposti 20

21 Le piante respirano solo di notte? Falso le piante come tutti gli esseri viventi respirano sempre. L ossigeno viene prodotto dalla pianta solo di giorno (fotosintesi) 21

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