LA FOTOSINTESI CLOROFILLIANA

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1 LA FOTOSINTESI CLOROFILLIANA

2 L argomento può essere affrontato in ogni momento del curriculum scolastico. Nella scuola dell infanzia e nei primi tre anni della scuola primaria, lo studio della fotosintesi può essere affrontato molto semplicemente facendo coltivare ai bambini delle piantine e eliminando selettivamente i vari elementi che sono indispensabili per questo processo. Invece di parlare di ossigeno, possiamo parlare di aria, mentre l acqua e il sole sono elementi di facile approccio. Nelle prime classi della primaria si può pesare le piantine man mano che crescono, per far vedere come il loro peso cresca nel tempo solo grazie all acqua e all esposizione all aria e ala luce del sole. Nella classe III si può iniziare a vedere la foglia come un laboratorio dove l acqua entra ed esce attraverso le nervature ( per esempio mettendola a seccare su un foglio di carta assorbente e vedendo che questo si bagna).

3 Negli ultimi due anni della scuola primaria, il bambino inizia ad avere capacità di astrarre. Alle conoscenze concrete, sensoriali si può affiancare lo studio della funzione fotosintetica nella sua complessità. Molecole, composizione dell aria, radiazione luminosa come fonte di energia che si trasforma in energia chimica, esperimenti simili a quelli proposti nelle classi precedenti, ma con una descrizione delle molecole. Sarà necessario affrontare tali argomenti dopo aver studiato i flussi dell acqua nella pianta. La foglia verrà analizzata come struttura che cambia a seconda dell ambiente in cui cresce la pianta e si presenteranno sezioni al microscopio (o immagini) della foglia bifacciale per far comprendere la complessità di tale struttura all apparenza molto semplice.

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5 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.

6 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 coinvolti nel processo fotosntetico e che si trovano nelle cellule fotosintetizzanti sono: la clorofilla a; la clorofilla b; i carotenoidi. Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia Zanichelli editore, 2012

7 Nelle piante la fotosintesi avviene nei cloroplasti Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia Zanichelli editore, 2012

8 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. Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia Zanichelli editore, 2012

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11 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. Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia Zanichelli editore, 2012

12 La funzione principale della foglia: la produzione di sostanze nutritive tramite un insieme di reazioni dette fotosintesi clorofilliana. La fotosintesi permette di produrre glucosio (C 6 H 12 O 6 ) e ossigeno (O 2 ) partendo da acqua (H 2 O) e anidride carbonica (CO 2 ). L ossigeno viene liberato nell atmosfera. 6 CO 2 + 6H 2 O ==> C 6 H 12 O 6 + 6O 2 La fotosintesi clorofilliana è svolta dalla clorofilla, grazie alla luce solare. Una seconda attività fisiologica eseguita dalle foglie è rappresentata dalla traspirazione (perdita d acqua sotto forma di vapore acqueo).

13 la fotosintesi è un processo chimico che, per reazione di due sostanze inorganiche quali l'acqua (liquido) e l'anidride carbonica (gas), da luogo ad un gas, l'ossigeno, e ad un prodotto abbastanza complesso, il glucosio (zucchero). La luce è l'agente capace di attivare tale processo chimico. Essa viene assorbita dalle molecole di clorofilla, le eccita e provoca spostamenti di elettroni all'interno degli atomi. L'energia che si accumula viene utilizzata per far avvenire le reazioni chimiche che portano alla scissione delle molecole d'acqua (H2O). 6 CO 2 + 6H 2 O ==> C 6 H 12 O 6 + 6O 2

14 Con la scissione, la molecola d'acqua libera ossigeno (O 2 ) nell'atmosfera. l'idrogeno (H 2 ), invece, si combina con l'anidride carbonica (CO 2 ), produce zucchero (C 6 H 12 O 6 ). Come si può osservare, quindi, l'ossigeno dell'aria può essere considerato un importante sottoprodotto della fotosintesi e questo ci fa pensare a quanto siano importanti le piante per l'equilibrio vitale del nostro pianeta e a quanto sia disastroso il disboscamento di sempre più vasti territori. La fotosintesi, infatti, purifica l'aria, sottraendo l'anidride carbonica, dannosa a tutti i viventi, e arricchendola di ossigeno.

15 Il destino dello zucchero, invece, é legato alla capacità che le cellule vegetali hanno di immagazzinarlo sotto forma di amido, per poi utilizzarlo quale fonte di energia per compiere le proprie attività vitali (respirazione). il processo fotosintetico può essere considerato l'anello di congiunzione tra due mondi, quello vivente e quello non vivente. osservando la reazione chimica che presiede al processo si vede chiaramente come dall'incontro di due sostanze inorganiche col solo apporto della radiazione solare, si pervenga alla formazione di una sostanza organica, lo zucchero, che entra a far parte del tessuto vivente delle piante.

16 Bisogna sottolineare come solo i vegetali siano i responsabili del mantenimento della vita in ogni ambiente. Essi, infatti, catturano quell'immensa fonte di energia che é la luce solare, la quale, in assenza di questi recettori, andrebbe dispersa nello spazio. In sostanza possiamo riassumere il processo di fotosintesi clorofilliana con la seguente formula Anidride carbonica (CO 2 ) + Luce + Acqua (H 2 0) = Zuccheri (Energia) + Ossigeno (O 2 )

17 cosa accade in autunno quando le foglie cadono? Nel caso delle piante caducifoglie, in autunno la fotosintesi cessa e la pianta va in letargo, ma in primavera, con la comparsa di foglie nuove, tornerà in funzione senza alcuna difficoltà. La quantità di energia solare catturata dalla fotosintesi è immensa, dell'ordine dei 100 terawatt, che è circa sei volte quanto consuma attualmente la civiltà umana. Oltre che dell'energia, la fotosintesi è anche la fonte di carbonio dei composti organici degli organismi viventi. La fotosintesi trasforma circa chilogrammi di carbonio atmosferico in biomassa ogni anno.

18 In breve... La FOTOSINTESI è il processo attraverso il quale le piante si procurano il cibo usando la luce solare, l'acqua e l'anidride carbonica. Essa avviene nei cloroplasti contenuti nelle cellule delle foglie. I cloroplasti contengono la clorofilla, un pigmento verde che assorbe l'energia dalla luce solare. Durante la fotosintesi, l'energia solare assorbita viene utilizzata per combinare anidride carbonica e acqua e produrre glucosio, la fonte energetica della pianta. L'ossigeno che si forma viene liberato nell'aria. Le lamine fogliari piatte forniscono una grande superficie per assorbire la luce solare. Gli stomi nella pagina inferiore della foglia permettono gli scambi gassosi e una fitta rete di nervature porta l'acqua alle foglie e trasporta il glucosio prodotto dalla fotosintesi al resto della pianta. Volendo approfondire:

19 La fotosintesi clorofilliana avviene per tappe riunibili in due fasi: la fase luminosa (o fase luce-dipendente), dipendente dalla luce; la fase di fissazione del carbonio (o fase oscura, indipendente dalla luce) di cui fa parte il ciclo di Calvin. La seconda fase viene anche definita fase al buio; il termine, tuttavia, potrebbe essere fuorviante, in quanto non si riferisce all'assenza della luce dato che alcuni enzimi coinvolti in questa fase sono direttamente attivati proprio dalla luce, tanto che avviene contemporaneamente alla fase luminosa e non di notte. Infatti in assenza di luce si ha scarsità di ATP e NADPH, che si formano durante la fase luminosa e gli stomi si chiudono, dunque non vi è accesso di CO 2 ; inoltre si verifica anche l'inattività di alcuni enzimi che sono luce-dipendenti.

20 le piante hanno un ciclo fotosintetico di sintesi del glucosio e dei derivati polisaccaridi (solo di giorno e nel periodo vegetativo) ed un ciclo opposto ossidativo (respirazione cellulare) dei prodotti fotosintetici utilizzati appunto come nutrimento dalle piante stesse (di giorno e di notte tutto l'anno) Il bilancio complessivo dei flussi di ossigeno e CO 2 da e verso l'ambiente esterno è comunque a favore della fotosintesi ovvero la pianta si comporta come un 'pozzo' (assorbitore) di accumulo di carbonio e, viceversa, come una 'sorgente' di ossigeno. Questo perché parte del carbonio assorbito e non utilizzato dal ciclo ossidativo della pianta rimane fissato sotto forma di cellulosa e lignina nelle pareti cellulari delle cellule 'morte' che costituiscono il legno interno della pianta La fase di ossidazione delle piante è ciò che rende la pianta un essere vivente al pari degli altri.