PON di Scienze
a.s. 2013/14
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, uniroma2.it, nih.gov, zanichelli.it, sciencemag.org, ncbi.gov
Mitocondrio e cloroplasto
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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.
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Clorofilla e pigmenti
Al centro della molecola di clorofilla c’è
un atomo di magnesio (Mg)
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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 –
CH3
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
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fotosistemi I e II luce-dipendenti – fase luminosa
sede: membrana del tilacoide
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Reazioni luce-indipendenti (fase oscura): Calvin cycle
sede: stroma
Molecola di NADP+
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Principali reazioni del ciclo di Calvin (via del C3)
N
1
5
6
Reagente iniziale
3xribulosio difosfato +
3CO2
gliceraldeide fosfato
3xribulosio fosfato +
3Pi
C
Tipo di
reazione
C5
carbossilazione
Nucleotide
6 xPGA
fosfoglicerato
3xribulosio fosfato
+ 3Pi
5xC3
3xC5
fosforilazione
Prodotto finale
ATPADP
3xribulosio
difosfato
Reazione complessiva:
6 RuDP + 6 CO2 + 12 NADPH + 12 H+ + 18 ATP 6 RuDP + C6H12O6 + 12
NADP+ + 18 ADP + 6 Pi + 6 H2O
Metabolismo* = incorporare C nelle molecole di carboidrati ecc.
mediante l’energia fornita dall’ATP
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Fotosistemi II e I
accettore primario di
accettore primario di e-
e-
2
e
2
e
-
2
e-
t1
-
2
e-
t1
t2
2
e-
t2
2
e
-
2
e
t3
2
e-
t3
luce
luce
2
e-
t4
-
2
e
t4
-
2
e
t5
t5
2e-
t6
2
e-
t6
-
2°-
2
e-
2
e
-
NADPH
P700
P680
2e-
ATP
Calvin
H2O2H+ + ½ O2
Glucosio
Organicazione del carbonio
Le reazioni luce-indipendenti cominciano dal ribulosio
difosfato (RuDP) che reagisce con la CO2 entrata
attraverso gli stomi posti sulla pagina inferiore della foglia.
Ad ogni giro del ciclo entra una mol di CO2, così dopo 6
cicli ne sono entrate 6. Calvin scoprì l’ingresso della CO2
usando C radioattivo.
Le ultime 2 mol di G3P vengono indirizzate alla sintesi di
zuccheri, amminoacidi e acidi grassi.
Reazione complessiva della fotosintesi:
6CO2+6H2O+NADPH+ATP
C6H12O6+O2+NADP+ + ADP + Pi
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Vie alternative al Calvin
Se la CO2 è scarsa perché non si aprono a sufficienza gli
stomi, ci sono 2 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
CO2 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)
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Quesiti-1
1. Qual è la direzione dell’energia degli elettroni nei fotosistemi?
2. Quale tipo di reazioni sono implicate nel trasferimento di
elettroni?
3. Da cosa dipende l’ingresso della CO2 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
12. Principale polisaccaride strutturale delle piante
13. Quali unità costituiscono l’amido e la cellulosa?
14. Dove si accumula l’amido nella cellula vegetale?
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Risposte-1
1. L’energia degli elettroni passa dal fotosistema II al I
2. Le reazioni sono di ossidoriduzione
3. L’ingresso della CO2 e l’uscita di O2 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
12. Di struttura: cellulosa
13. Unità di glucosio
14. L’amido si accumula nei vacuoli
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Quesiti-2
1. Perché mitocondri e cloroplasti sono geneticamente autonomi?
2. 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 CH3-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?
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Risposte-2
1.
Perché contengono molecole di DNA circolare che permette loro di
autoduplicarsi (teoria dell’endosimbiosi)
2. L’ATP mediante una reazione di fosforilazione
3. È presente un atomo di ossigeno che fa da ponte tra 2 atomi di C
4. Nell’idrolisi è richiesta una molecola di H2O, nella condensazione viene
liberata una mol di H2O
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
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