I vegetali sono i produttori dell ecosistema Terra

I vegetali sono i produttori dell ecosistema Terra

Organismi fotosintetici

Dove avviene la fotosintesi?

Quale molecola è responsabile della fotosintesi?

Clorofilla CHO=d H=c

Schema tridimensionale di un cloroplasto

Ogranizzazione dei tilacoidi

FOTOSISTEMI

Equazione generale della fotosintesi: energia luminosa 6CO 2 + 6H 2 O --------> C 6 H 12 O 6 + 6O 2 1) Quali sono le reazioni della fotosintesi? 2) Qual'è il ruolo della luce in queste reazioni? 3) In che modo gli atomi di carbonio dell'anidride carbonica vengono utilizzati per produrre zuccheri? 4) L'ossigeno che si libera deriva dalla CO 2 o dall'h 2 O?

Lo spettro luminoso

Corrispondenza tra lunghezza d'onda ed energia Si può esprimere l'energia in funzione del "colore" della radiazione: la lunghezza d'onda λ è espressa in nm (nanometri, 10-9 m); l'energia del fotone viene indicata come Ef, in ev (elettronvolt) e come EE, in Einstein (quantità di energia assorbita da N molecole, ciascuna delle quali assorbe un solo fotone) (KJ/mole)

Corrispondenza tra lunghezza d'onda ed energia colore λ (nm) E f E E violetto 400 3,10 298 blu 450 2,76 264 verde 550 2,25 216 rosso 650 1,91 183 infrarosso vicino 850 1,46 140 infrarosso 1000 1,24 119

Spettro di assorbimento e spettro di azione

Quali lunghezze d onda utilizza la fotosintesi?

Localizzazione della fase luminosa e della fase oscura nel cloroplasto H2O CO2 Ciclo di Calvin O2 (CH2O)n

Fase luminosa SCHEMA Z

Localizzazione dei fotosistemi I e II sui tilacoidi

Fotofosforilazione ciclica

Mitocondrio e Cloroplasto

Fase oscura Ciclo di Calvin rubisco Ciclo di Calvin Piante C4 e CAM Presentazione di Microsoft PowerPoint

Una visione globale

La fotosintesi è di solito più efficiente nelle piante C4 che in quelle C3 La fissazione di CO2 ha un costo energetico maggiore nelle C4 Per ogni molecola di CO2 fissata nel ciclo C4 una molecola di PEP viene rigenerata a spese di 2ATP Le piante C4 richiedono 5 molecole di ATP per fissare una molecola di CO2, le piante C3 solo 3 La fotorespirazione è limitata da elevate concentrazioni di CO2 e basse concentrazioni di O2 Nelle piante C4 la CO2 viene pompata nelle cellule della guaina del fascio, rendendo favorevole il rapporto CO2/O2 nel sito di azione della Rubisco

Esiste una separazione spaziale tra fissazione della CO2 tramite PEP (citosol/mesofillo) e ciclo di Calvin (stroma/guaina del fascio) Ciclo di Calvin e fotorespirazione sono confinati negli strati della guaina, la CO2 liberata diffonde nel mesofillo e può essere ri-fissata tramite il ciclo C4 La PEP carbossilasi non è inibita dall ossigeno La velocità netta della fotosintesi delle graminacee C4 può essere 2-3 vv. superiore a quella delle graminacee C3 L aumento di efficienza delle piante C4 controbilancia nettamente il costo energetico della fotosintesi C4

Graminacee C4: mais, canna da zucchero, sorgo Graminacee C3: grano, segale, avena, riso Le piante C4 si sono evolute ai tropici e sono ben adattate ad alta intensità luminosa, elevate temperature, ridotta disponibilità idrica Le piante C4 fioriscono a temperature che sarebbero letali per molte C3 Le piante C4 hanno contenuti di Rubisco inferiori nelle foglie e Sono capaci di utilizzare più efficientemente l azoto

C3 Poa pratensis Agrostis tenuis Digitaria sanguinalis C4

Evoluzione Tutte le piante C4 note sono angiosperme 19 famiglie 3 monocotiledoni 16 dicotiledoni Questa via di fissazione della CO2 deve essersi evoluta più volte indipendentemente In alcuni generi sono state trovate piante intermedie C3-C4, caratterizzate da anatomia Kranz, ridotta fotorespirazione e sensibilità al O2, rappresentano tappa evolutiva intermedia

Fotosintesi CAM Strategia che si è evoluta indipendentemente in molte piante succulente come Cactacee e Crassulacee Le piante CAM utilizzano sia il metabolismo C4 che C3 Nelle piante CAM c è una separazione temporale delle due vie metaboliche Fissazione della CO2 al buio nel citosol tramite PEP-carbossilasi Formazione di acidi organici (malico) che si accumulano nel vacuolo Alla luce gli acidi vengono decarbossilati e la CO2 entra nel ciclo di Calvin (stroma)

Tutte le piante CAM presentano: Grandi vacuoli per lo stoccaggio dell acido malico Cloroplasti per il ciclo di Calvin Questo adattamento si basa sull accumulo notturno di CO2 È molto vantaggioso in caso di limitata disponibilità idrica e elevata intensità luminosa Una pianta CAM perde 50-100g di H2O per 1g di CO2 fissata, contro 250-300 delle piante C4 e 400-500 delle piante C3 Durante siccità prolungata le piante CAM possono chiudere gli stomi di notte e di giorno fissando a bassa velocità metabolica la CO2 prodotta dalla respirazione

Evoluzione Tra le piante vascolari è più diffuso il metabolismo CAM che C4 23 famiglie di angiosperme presentano specie CAM, per lo più dicotiledoni Anche Welwitschia (gimnosperme) e Isoetes (pteridofite) presentano metabolismo CAM Le piante C4 a temperature <25 C non sono competitive rispetto alle piante C3 perché più sensibili al freddo Le piante CAM crescono lentamente e non sono competitive rispetto alle C3 e C4 in condizioni climatiche meno estreme

CAM Hoya carnosa Sanseviera zeylanica

CAM Fam. Bromeliaceae Tillandsia usneoides Ananas comosus