PON di Scienze a.s. 013/14 Esperto prof. C. Formica LE PIANTE E LA FOTOSINTESI Immagini e testi tratti dai website di: genome.wellcome.ac.uk, dnaftb.org, unipv.it, unimi.it, wikipedia.it, unibs.it, unina.it, uniroma.it, nih.gov, zanichelli.it, sciencemag.org, ncbi.gov
Mitocondrio e cloroplasto
Cloroplasti: grani e tilacoidi I cloroplasti contengono lo stroma (un liquido denso) e i tilacoidi (un complesso sistema di sacchetti discoidali provvisti di membrane) allineati in pile detti grani. 3
Clorofilla e pigmenti Al centro della molecola di clorofilla c è un atomo di magnesio (Mg) 4
Pigmenti fotosintetici Clorofilla a: assorbe le radiazioni solari intorno ai 680-700 nm, riflette la radiazione corrispondente al verde e, a differenza della clorofilla b, possiede un gruppo metilico CH 3 Clorofilla b: assorbe le radiazioni solari a 640 e 440 nm, riflette la radiazione corrispondente al verde e, a differenza della clorofilla a, possiede un gruppo carbonilico CHO Carotenoidi: assorbono le radiazioni solari intorno ai 500 nm, riflettendo la radiazione corrispondente al rossoarancio 5
fotosistemi I e II luce-dipendenti fase luminosa sede: membrana del tilacoide 6
Reazioni luce-indipendenti (fase oscura): Calvin cycle sede: stroma Molecola di NADP + 7
Principali reazioni del ciclo di Calvin (via del C3) Tipo di N Reagente iniziale C reazione 3xribulosio difosfato + 1 C5 carbossilazione 3CO 5 gliceraldeide fosfato 5xC3 6 3xribulosio fosfato + 3Pi 3xC5 fosforilazione Nucleotide ATP ADP Prodotto finale 6 xpga fosfoglicerato 3xribulosio fosfato + 3Pi 3xribulosio difosfato Reazione complessiva: 6 RuDP + 6 CO + 1 NADPH + 1 H + + 18 ATP 6 RuDP + C 6 H 1 O 6 + 1 NADP + + 18 ADP + 6 Pi + 6 H O Metabolismo* = incorporare C nelle molecole di carboidrati ecc. mediante l energia fornita dall ATP 8
Fotosistemi II e I accettore primario di e - e - t1 luce t e - t3 e - t4 e - e - accettore primario di e - e - t1 luce t e - t3 e - t4 e - t5 e - e - e- t5 t6 e - e - - P700 t6 e - NADPH P680 e - ATP Calvin H O H + + ½ O Glucosio
Organicazione del carbonio Le reazioni luce-indipendenti cominciano dal ribulosio difosfato (RuDP) che reagisce con la CO entrata attraverso gli stomi posti sulla pagina inferiore della foglia. Ad ogni giro del ciclo entra una mol di CO, così dopo 6 cicli ne sono entrate 6. Calvin scoprì l ingresso della CO usando C radioattivo. Le ultime mol di G3P vengono indirizzate alla sintesi di zuccheri, amminoacidi e acidi grassi. Reazione complessiva della fotosintesi: 6CO +6H O+NADPH+ATP C 6 H 1 O 6 +O +NADP + + ADP + Pi 10
Vie alternative al Calvin Se la CO è scarsa perché non si aprono a sufficienza gli stomi, ci sono vie alternative per organicare il C: -via del C4 si forma acido ossalacetico (come nel Krebs), un C4, che poi forma piruvato, fosfoenolpiruvato ecc. la CO in eccesso viene poi organicata -piante CAM nelle piante dei climi caldi gli stomi si aprono di notte e si utilizza il metabolismo acido delle crassulacee (CAM) 11
Quesiti-1 1. Qual è la direzione dell energia degli elettroni nei fotosistemi?. Quale tipo di reazioni sono implicate nel trasferimento di elettroni? 3. Da cosa dipende l ingresso della CO nella foglia, e quindi nei cloroplasti? 4. Quali coenzimi nicotinici partecipano alla fotosintesi? 5. Quali partecipano al ciclo di Krebs? 6. Energia dell accettore primario e del complesso -antenna 7. Dove si accumulano i protoni H + nelle reazioni luce-dipendenti? 8. Dove avvengono le reazioni luce indipendenti? 9. Che tipo di proteina è l ATP sintasi? 10. Cosa è il RuDP? 11. Principale polisaccaride di riserva delle piante 1. Principale polisaccaride strutturale delle piante 13. Quali unità costituiscono l amido e la cellulosa? 14. Dove si accumula l amido nella cellula vegetale? 1
Risposte-1 1. L energia degli elettroni passa dal fotosistema II al I. Le reazioni sono di ossidoriduzione 3. L ingresso della CO e l uscita di O dipende dall apertura degli stomi,, posti sulla pagina inferiore della foglia 4. Per la fotosintesi (cloroplasti): NADPH e NADP + 5. Per il Krebs (mitocondri): NADH e NAD + 6. Energia accettore primario (fotosistemi) più bassa del complessoantenna 7. I protoni H + si accumulano nello spazio sotto la membrana del tilacoide 8. Luce-indipendenti (Calvin): stroma del tilacoide 9. L ATP sintasi è una proteina canale 10. Il RuDP è un carboidrato C5 e si trova nel ciclo di Calvin 11. Di riserva: amido 1. Di struttura: cellulosa 13. Unità di glucosio 14. L amido si accumula nei vacuoli 13
Quesiti- 1. Perché mitocondri e cloroplasti sono geneticamente autonomi?. Quale molecola permette al fruttosio fosfato di diventare fruttosio difosfato? 3. Quale atomo diverso dal carbonio è presente sull anello del glucosio e del fruttosio? 4. Qual è la principale differenza tra reazioni di idrolisi e di condensazione? 5. Quale funzione svolge un enzima del gruppo delle chinasi? 6. Cosa è e in quale tipo di tessuti si forma il glicogeno? 7. Quale molecola si forma al termine della glicolisi? 8. Come si chiama il gruppo CH 3 -CO-? 9. A quale parte della cellula è associata la catena di trasporto degli elettroni? 10. Perché l intestino umano non è in grado di digerire la cellulosa? 14
Risposte- 1. Perché contengono molecole di DNA circolare che permette loro di autoduplicarsi (teoria dell endosimbiosi). L ATP mediante una reazione di fosforilazione 3. È presente un atomo di ossigeno che fa da ponte tra atomi di C 4. Nell idrolisi è richiesta una molecola di H O, nella condensazione viene liberata una mol di H O 5. Una chinasi è in grado di spostare un gruppo fosfato per legarlo all ADP per formare ATP (si chiamano fosforilasi se da ATP a ADP ) 6. Il glicogeno è un polisaccaride, polimero del glucosio, che si accumula nei tessuti animali (fegato, muscoli), a differenza di amido, amilosio e cellulosa che sono polisaccaridi vegetali 7. Al termine della glicolisi si forma acido piruvico (piruvato), costituito da 3 atomi di C di cui uno appartiene al gruppo carbossilico -COOH 8. È il gruppo acetile 9. Alla membrana interna dei mitocondri 10. L intestino umano non possiede l enzima cellulasi, che nei ruminanti permette la scissione di questa macromolecola 15