La fotosintesi: energia dal Sole

La fotosintesi: energia dal Sole
Gli organismi
fotosintetici usano la
luce del Sole, l’acqua del
suolo e il CO2
dell’atmosfera per
produrre composti
organici e liberare O2
grazie alla fotosintesi.
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Sadava et al. Biologia.blu © Zanichelli editore 2011
Nelle piante la fotosintesi avviene
nei cloroplasti
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Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012
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.
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Sadava et al. Biologia.blu © Zanichelli editore 2011
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.
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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.
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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.
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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
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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.
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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.
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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.
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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.
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La membrana tilacoidale è organizzata
per produrre ATP e NADPH
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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
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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.
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La fase indipendente dalla luce
Il ciclo di Calvin produce glucosio a partire da CO2, ATP e
NADPH + H+ generati durante la fase luminosa.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Nelle piante coesistono due fenomeni
che si possono considerare opposti
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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)
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