FOTOSINTESI La sintesi dei composti organici del carbonio da parte degli organismi fotoautotrofi Ruolo della luce l’energia del sole viene utilizzata per spezzare le molecole di acqua gli atomi di idrogeno (divisi in ioni H+ ed elettroni e-) vengono utilizzati per ridurre il carbonio della CO2 caricati su trasportatori temporanei (NADP) partecipano al ciclo di Calvin e viene sintetizzato glucosio la fotosintesi in breve processo che avviene nei cloroplasti, distinto in 2 fasi fase luminosa: è necessaria l’energia solare per promuoverla e le molecole di clorofilla per trasformare l’energia solare in energia “elettrica” fase oscura: avviene all’interno del cloroplasto (in strutture dette grani), non necessita dell’energia solare, trasforma l’energia “elettrica” in energia chimica, cioè quella contenuta nei legami tra il carbonio della CO2 e l’idrogeno strappato alle molecole di acqua stroma grano spazio intermembrane tilacoide membrana interna membrana tilacoide lume del tilacoide membrana esterna grano I fotosistemi Complesso fotoassorbente fotosistema: riceve Esol ed espelle Eelettr (circa 300 molecole di clorofilla e altri pigmenti, “molecole antenna”) Catena di trasporto degli elettroni carichi di energia lanciati dal centro reattivo (molecola di clorofilla che riceve l’energia dalle altre molecole) che servono per sintetizzare ATP (fotosforilazione) o NADPH, trasportatore di elettroni e protoni Fotosistema inserito nella membrana Grano, insieme di tilacoidi Membrana tilacoide la clorofilla la molecola di clorofilla presenta un anello al cui centro si trova un atomo di magnesio (Mg) la clorofilla assorbe onde elettromagnetiche di lunghezza 660 nm (giallo-rossa) e 430 nm (bluvioletta) e riflette il verde più molecole di clorofilla sono associate nei fotosistemi oltre alla clorofilla, ci sono altri pigmenti come i carotenoidi , che assorbono blu e verde, e le ficocianine, che assorbono verde e giallo FASE LUMINOSA: il ruolo della luce luce La luce colpisce i fotosistemi II e I Gli atomi di magnesio della clorofilla espellono elettroni e- carichi dell’energia solare con questi elettroni viene compiuto nel cloroplasto il lavoro di riduzione del carbonio della CO2 e- molecole clorofilla fotosistema fase luminosa: meccanismo fotolisi di H2O nel tilacoide rientro di H+ con attivazione di ATPsintetasi H+ pompati attraverso la membrana fotolisi : il ruolo dell’acqua O O H H Alcune molecole di acqua sono dissociate in ioni ossidrile OH- e in ioni H+, o protoni una proteina strappa gli elettroni agli ioni OHgli elettroni ricaricano il fotosistema II i radicali OH, instabili, reagiscono tra loro e ridanno molecole di acqua e ossigeno O2 O H O H H H O e- e - e e H - - O e- O H O H H H + H O e- + H + H O e- H H H H H + riassunto fase luminosa L’energia luminosa viene trasformata prima in energia “elettrica” -spostamento di particelle cariche, elettroni e H+ ricavati dalla fotolisi dell’acqua-, poi in energia chimica -un gruppo fosfato viene legato all’ADP per dare ATP- Luce solare fotolisi Fotosistema II Comparto del tilacoide secondo sistema di trasporto degli elettroni Primo sistema di trasporto degli elettroni Fotosistema I ATP sintetasi e— e H+ energia per la riduzione di CO2 fotosistema luce membrana esterna - ciclo Calvin 2 e molecole clorofilla e 3 elettroni - e e grano - - O O H H O O e- H H O H H H H H O e- H O e- 1 H H cloroplasto membrana interna O e- H Ioni ossidrile OH- Protoni H+ H + + H + H + Energia degli elettroni Trasformazione energia luminosa in ATP Rottura molecola acqua rilascio ossigeno O2 elettroni e H+ per riduzione C luce luce flusso elettroni fornisce energia per sintesi ciclo Calvin la sintesi dell’ATP (dall’acqua) accumulati nello spazio tra le membrane tilacoidi gli ioni H+ gli elettroni (da ossidazione di OH– ) energia per il lavoro delle pompe H+ gli ioni H+ escono dagli spazi tilacoidi attraverso un canale che funge da ATP sintetasi H+ forniscono l’energia per la sintesi di ATP gli elettroni e gli ioni H+ provenienti dalla fotolisi di H2O vengono avviati al ciclo di Calvin, caricati sui trasportatori NADP+ Fotosistema membrana tilacoide luce Catena trasporto e– Fotosistema luce spazio nel tilacoide verso il ciclo di Calvin riduzione del C ATP sintetasi FOTOSINTESI: VISIONE D’INSIEME vacuolo cloroplasto fotone fotosistemi Pompe protoniche ATPsintetasi grano Interno tilacoide pH basso Stroma pH alto tilacoidi fase luminosa e fase oscura luce acqua reazioni dipendenti dalla luce reazioni indipendenti dalla luce glucosio rilascio di ossigeno nuove molecole H2O assorbimento della luce da parte dei pigmenti assorbimento della luce e pigmenti lunghezza d’onda in nm (nanometro= 10-9) CICLO DI CALVIN Serie di reazioni cicliche che portano CO2 alla organicazione del carbonio della CO2 ATP con gli elettroni e i protoni scaricati dal NADPH NADPH e con l’energia accumulata nell’ATP della fase luminosa Tre cicli di Calvin completi producono una molecola 3 C –G3P acido 3fosfoglicericoCiclo Calvin G3P Le molecole G3P vengono “montate” nel citoplasma a glucosio e ad altri composti organici Glucosio Fruttosio Lipidi …. ciclo Calvin: reazioni RuBP ribulosio difosfato Intermedio instabile PGA fosfogliceraldeide Saccarosio Amido cellulosa C4 & CAM. Two alternative methods of photosynthesis have evolved to compensate for photorespiration (C4 and CAM metabolism) Both resolve low CO2 concentration by using different enzymes to fix CO2. These have greater affinity for CO2 then Rubisco(enzima che lega l’anidride carbonica a un composto a 4 C). These enzymes store CO2 in 4-C molecules. C4 plants transport the 4-C molecules to specialized cells (bundle sheath cells) where the CO2 is released in high concentration. Rubisco and the Calvin cycle then take effect. CAM plants fix the CO2 during the night when they'd lose little H2O, and release it during the day Both methods are adaptations to hot dry climates. Many tropical grasses are C4 plants, and many epiphytes and desert plants are CAM plants.