Helena Curtis N. Sue Barnes
LA FOTOSINTESI INDICE Organismi autotrofi ed eterotrofi Confronto tra fotosintesi e respirazione Reazioni endoergoniche ed esoergoniche Reazioni accoppiate Fase luce-dipendente Fase luce-indipendente Link a: cloroplasto, fotopigmenti, clorofilla, ATP, enzimi, coenzimi, reazioni redox
Organismi autotrofi Tutti gli organismi ricavano dall ambiente l energia necessaria per poter svolgere il proprio «lavoro». Gli organismi autotrofi, come le piante, sono in grado di costruire da sé le molecole di glucosio e altre biomolecole a partire da acqua e anidride carbonica utilizzando come fonte di energia la luce del Sole
Organismi eterotrofi Gli organismi eterotrofi, come gli animali, prelevano dall ambiente molecole organiche complesse già sintetizzate. Sia gli autotrofi sia gli eterotrofi utilizzano poi tali molecole (per esempio il glucosio) come combustibile per ricavare energia
Fotosintesi e respirazione a confronto
Reazioni endoergoniche ed esoergoniche La sintesi di molecole organiche (come la fotosintesi) è un processo endoergonico: le reazioni avvengono grazie a un apporto di energia dall ambiente e i prodotti finali sono più energetici dei composti iniziali La demolizione di molecole organiche (come la respirazione) è un processo esoergonico: le reazioni avvengono liberando energia nell ambiente e i prodotti finali sono meno energetici dei composti iniziali Nelle cellule le reazioni esoergoniche sono legate a quelle endoergoniche dall ATP
Reazioni accoppiate L energia che si libera da una reazione esoergonica viene utilizzata per legare un gruppo fosfato libero a una molecola di adenosin difosfato (ADP), formando una molecola di ATP Quando la cellula ha bisogno di fornire energia per poter svolgere una reazione endoergonica, vengono rotti i legami tra il secondo e il terzo gruppo fosfato delle molecole di ATP, liberando l energia precedentemente immagazzinata in essi
Fotosintesi clorofilliana La fotosintesi clorofilliana si svolge nei cloroplasti attraverso un gran numero di reazioni chimiche, ognuna delle quali è controllata da un enzima specifico È suddivisa in due fasi: la fase luce-dipendente e la fase luceindipendente (ciclo di Calvin)
La fase luce-dipendente La fase luce-dipendente (luminosa) avviene nei tilacoidi e si svolge soltanto in presenza della luce del Sole attraverso i fotopigmenti Durante questa fase si generano le molecole energetiche NADPH e ATP, grazie alle quali potranno avvenire le successive reazioni chimiche del ciclo di Calvin
Fase luce-dipendente Le molecole di clorofilla contenute nei fotosistemi catturano la luce solare L energia solare viene utilizzata per costruire molecole di ATP e per scindere molecole di H 2 O nei loro componenti: idrogeno e ossigeno L ossigeno si libera nell ambiente, mentre l idrogeno viene catturato da una speciale molecola, il NADP +, che si trasforma in NADPH dopo una serie di reazioni di ossido riduzione
I fotosistemi
Fase luce-indipendente Il ciclo di Calvin avviene nello stroma È detto anche fase luce-indipendente perché la sintesi del glucosio non utilizza direttamente la luce solare, ma le molecole altamente energetiche prodotte grazie a essa La sintesi del glucosio avviene a partire dall anidride carbonica (presente nell aria) e dall idrogeno trasportato dal NADPH, con consumo di ATP secondo l equazione complessiva:
Ciclo di Calvin Nel ciclo di Calvin viene sintetizzato uno zucchero a tre atomi di carbonio, la gliceraldeide 3-fosfato Due molecole di gliceraldeide reagiscono per formare glucosio Dalla gliceraldeide si possono ottenere altre molecole organiche (amminoacidi, acidi grassi)
Ciclo di Calvin
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I fotopigmenti I fotopigmenti sono molecole in grado di assorbire la luce a una determinata lunghezza d onda; viene invece riflessa la radiazione luminosa che il nostro occhio percepisce come colori La clorofilla a e la clorofilla b riflettono la radiazione corrispondente al verde, i carotenoidi quella corrispondente al rosso-arancio
La clorofilla Struttura chimica della clorofilla
L ATP L ATP (adenosin trifosfato) è una speciale molecola capace di immagazzinare energia ed è formato da un nucleotide con 3 gruppi fosfato L energia è contenuta proprio nei legami chimici tra i gruppi fosfato
Gli enzimi Gli organismi viventi utilizzano gli enzimi per controllare la velocità delle reazioni biologiche. La maggior parte degli enzimi è costituita da proteine globulari Gli enzimi funzionano da catalizzatori, ossia abbassano l energia di attivazione della reazione rendendola molto veloce
Enzimi: meccanismo d azione Un enzima è in grado di catalizzare una reazione in maniera specifica poiché il sito attivo è complementare ai reagenti
Enzimi: caratteristiche Gli enzimi Sono in grado di far avvenire le reazioni chimiche cellulari a temperature relativamente basse Al termine della reazione ritornano nella configurazione originaria e possono essere riutilizzati Sono estremamente efficaci anche in quantità molto piccole Possono richiedere l intervento di cofattori, come lo ione magnesio, o di coenzimi, ossia di molecole organiche come il NAD + o il FAD
Coenzimi Il NAD (nicotinamide adenindinucleotide) e il FAD (flavinadenin dinucleotide) sono coenzimi: trasportano gli elettroni durante le reazioni redox Il NAD esiste in due forme chimicamente distinte: la forma ossidata (NAD + ) e quella ridotta (NADH + H + ) Analogamente, acquistando due protoni e due elettroni, il FAD si riduce a FADH 2. Le molecole di NADH e di FADH 2 sono ricche di energia
NADP + Il NADP + è un trasportatore di atomi di idrogeno molto simile al NAD +, rispetto al quale ha solo un gruppo fosforico in più
Ossido riduzioni Una reazione di ossidoriduzione (o reazione redox) è una reazione in cui una sostanza cede uno o più elettroni a un altra sostanza: la riduzione è l acquisto di uno o più elettroni da parte di un atomo, uno ione o una molecola l ossidazione è la perdita di uno o più elettroni
Ossido riduzioni Nelle reazioni biochimiche spesso sono acquistati o ceduti atomi di idrogeno: lo spostamento di un atomo di idrogeno comporta sempre un trasferimento di elettroni: H = H + + e - Una molecola che perde atomi di idrogeno si ossida, mentre una molecola che li acquista si riduce Ogni reazione redox comporta un trasferimento di energia
Cloroplasto
Reazioni accoppiate