La fotosintesi: caratteristiche generali

La fotosintesi
Caratteristiche generali (parte I)
Un video :
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Premessa (I)
La reazione globale della fotosintesi
è illustrata attraverso due scenari:
quello cellulare ove si svolge, cioè il
tessuto verde della foglia, i cloroplasti
intracellulari e la clorofilla in essi
contenuta; quello dei fattori necessari
perché avvenga, cioè l'acqua, l'anidride
carbonica e la luce solare.
Premessa (II)
La fotosintesi è scomposta in due blocchi
di reazioni: le prime dipendenti dalla luce,
le seconde, indipendenti da essa.
Quest’ultime servono a sintetizzare la
molecola del glucosio, lo zucchero
elementare da cui derivano gli zuccheri più
complessi, gli amidi e le altre molecole
organiche.
Introduzione (I)
In presenza di luce e di clorofilla si ha
che :
12H2O+ 6CO2 → 6O2+ 6H2O+ C6H12O6
Introduzione (II)
La fotosintesi è la reazione chimica
endoergonica dove gli organismi
autotrofi, partendo da anidride
carbonica e acqua, catturano energia
luminosa (in greco φότοs = luce)
sintetizzano zuccheri e liberano ossigeno
nell'atmosfera:
anidride carbonica + acqua + energia
luminosa → glucosio + ossigeno
Ovvero in formule:
12H2O+ 6CO2 → 6O2+ 6H2O+ C6H12O6
Introduzione (III)
È questa la fotosintesi
clorofilliana, il “fuoco verde”, un
modello di scambio tra materia ed
energia talmente efficiente che oggi i
ricercatori, dopo secoli trascorsi a
cercare di capirne il meccanismo,
tentano di riprodurre artificialmente
così da intrappolare l’energia solare
proprio come fanno le piante.
Introduzione (IV)
Ma è esatto chiamare la
fotosintesi “fuoco verde”?
Introduzione (V)
La parola fuoco allude al prodotto
finale della fotosintesi, lo zucchero
glucosio (C6H12O6) che, durante la
fermentazione (senza O2) o la
respirazione cellulare (con O2), si
scinde in CO2 e H2O liberando sotto
forma di ATP (la cosiddetta ‘benzina
biologica’) l’energia contenuta nei
suoi legami chimici.
Introduzione (VI)
Verde invece è il colore della
clorofilla, senza la quale questo
‘miracolo’ chimico-fisico non sarebbe
possibile. Va poi ricordato che il
glucosio, oltre che funzionare da
riducente, può iniziare i processi di
sintesi delle biomolecole
fondamentali: cellulosa, amido,
fosfolipidi, trigliceridi, acidi nucleici,
vitamine….
La lunga storia di una scoperta (I)
J.B. Van Helmont (1577-1644)
naturalista e alchimista fiammingo, aprì
la strada alla comprensione dei
meccanismi della fotosintesi.
In quel periodo si credeva che le piante
traessero il loro nutrimento soltanto dal
suolo, il che non convinceva del tutto
Van Helmont che realizzò un
esperimento rimasto famoso.
La lunga storia di una scoperta (II)
Piantò un salice di 2 kg in un vaso
contenente 9 kg di suolo essiccato in
fornace: tutto accuratamente pesato,
coprendo accuratamente il vaso in modo
che il terriccio non venisse a contato
con l’aria.
Dopo avere innaffiato la pianta per 5
anni, ripesò l’albero e il terriccio: il
primo pesava 76 kg e l’altro solo 55 g
meno dei 9 kg iniziali.
La lunga storia di una scoperta (III)
La conclusione di Van Helmont fu che
era stata l’acqua a nutrire il salice,
anche se la piccola riduzione di peso del
terreno gli lasciò dei dubbi. Perché quei
55 grammi in meno?
Successivamente Priestley (1774)
scoprì che le piante liberavano O2.
Nel 1845 Mayer definì che:
luce, CO2 , materia verde (clorofilla )
davano O2 e materia organica.
Il secolo XX (I)
Durante il secolo XX sono stati chiariti i
passaggi chimico-fisici della fotosintesi:
Hill(1937) e poi Kamen nel ‘41
dimostrano che l’ossigeno proviene dalla
fotolisi dell’acqua (gr. fòtos, luce e lísis,
scioglimento, scissione) in presenza di
luce (fase luminosa); nel ‘56 Calvin
scopre che la riduzione della CO2 con
formazione finale di glucosio può
avvenire anche al buio (fase oscura).
Il secolo XX (II)
Tuttavia, i punti in ombra del complesso
fenomeno fotosintetico sono ancora
molti. Alcuni ricercatori, tra cui James
Barber dell’Imperial College di Londra,
si stanno dedicando alla clorofilla, il
pigmento verde presente nei cloroplasti
che rende possibile la fotolisi di H2 in
ioni idrogeno, ossigeno gas, elettroni. È
infatti l’idrogeno elementare a far gola
agli scienziati: con idrogeno puro si
potrebbe ottenere una quantità enorme
di energia con evidenti vantaggi.
Il secolo XX (III)
Un altro filone di ricerca è quello della
realizzazione della ‘foglia artificiale’
(James Barber e collaboratori) che
permetterà, tra l’altro, l’assorbimento
del surplus di CO2 dall’atmosfera, con
diminuzione dell’effetto serra, e la
produzione di composti organici.
La fase luminosa della fotosintesi (I)
La fotosintesi è un processo di ossidoriduzione che rientra nello schema
generale:
DH2+ A → D + AH2
dove D indica una sostanza donatrice
di elettroni e A una sostanza che
accetta elettroni ed eventualmente
idrogeno.
La fase luminosa della fotosintesi (II)
Nella reazione generale della
fotosintesi il donatore di elettroni e di
idrogeno è l’acqua, mentre l’accettore
è l’anidride carbonica. L’intero processo
è scomponibile in due fasi:
la fase luminosa, che può svolgersi
solo in presenza di luce, e la fase
oscura,che avviene anche al buio.
La fase oscura della fotosintesi (I)
L’evento chiave della fase oscura della
fotosintesi è il processo detto
“fissazione del carbonio”, un processo
che, utilizzando l’ATP e il NADPH2
prodotti durante la fase luminosa,
trasforma il carbonio inorganico
dell’anidride carbonica nel carbonio
organico della molecola del glucosio,
zucchero a 6 atomi di carbonio ricco di
energia.
La fase oscura della fotosintesi (II)
In questa fase della fotosintesi è
utilizzato un enzima molto importante
il Ribulosio 1,5 bifosfato carbossilasiossigenasi (Rubisco) che è
probabilmente l’enzima più abbondante
presente sulla Terra.
Il Rubisco permette la fissazione della
CO2 a una molecola a 5 atomi di
carbonio e, quindi, la sintesi del
glucosio.
Altri video:
1) La fotosintesi: un'introduzione
Documentario Raiscuola
2) La fotosintesi
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3) Assorbimento della luce
Documentario Raiscuola
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4) Fase luminosa
Documentario Raiscuola
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5) Fase oscura
Documentario Raiscuola
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6) Nel cuore della
fotosintesi
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7) Energia dalla fotosintesi
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