Helena Curtis N. Sue Barnes

Helena Curtis
N. Sue Barnes
Copyright © 2009 Zanichelli editore
LA FOTOSINTESI
INDICE
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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
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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
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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
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Fotosintesi e respirazione a confronto
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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
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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
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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)
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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
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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 H2O 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
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I fotosistemi
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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:
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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)
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Ciclo di Calvin
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LA FOTOSINTESI
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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
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La clorofilla
Struttura chimica
della clorofilla
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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
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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
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Enzimi: meccanismo d’azione
Un enzima è in grado di catalizzare una reazione in maniera specifica
poiché il sito attivo è complementare ai reagenti
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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
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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 FADH2. Le molecole di NADH e di FADH2 sono ricche di
energia
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NADP+
Il NADP+ è un trasportatore di
atomi di idrogeno molto simile
al NAD+, rispetto al quale ha
solo un gruppo fosforico in più
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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
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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
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Cloroplasto
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Reazioni accoppiate
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