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La fotosintesi clorofilliana

by Beatrice Carelli

Introduzione

Gli organismi si possono classificare come:

  • autotrofi: tra questi troviamo le piante, le alghe e alcuni batteri. Questi organismi sono in grado di produrre zuccheri (quindi sostanze organiche) a partire da sostanze inorganiche semplici come acqua e anidride carbonica. Essi si suddividono a loro volta in:
  • 1) fotosintetici: utilizzano la luce solare come fonte di energia.
  • 2) chemiosintetici->sfruttano l’energia derivata da reazioni di ossido-riduzione
  • eterotrofi: sono gli organismi che non sono in grado di sintetizzare molecole organiche a partire dalle molecole inorganiche semplici. Tra questi esseri viventi troviamo i funghi, gli animali e la maggior parte dei batteri

La fotosintesi clorofilliana

La vita sulla Terra è un sistema complesso, ogni forma di vita dipende dalle altre. La vita animale fa parte di una catena alimentare che comincia dalle piante verdi.

Molti animali si nutrono direttamente dalle piante, e gli animali vegetariani possono diventare cibo per altri animali.

Ci sono molte piante carnivore, che si nutrono tramite gli animali, ma la maggior parte delle piante si procura il cibo dal terreno.  Una pianta che cresce su un terreno asciutto si secca presto e può morire, una pianta per vivere ha bisogno di acqua assorbita dal suolo.

Ma il terreno non fornisce solo acqua, ma anche minerali , che vengono assorbiti dalle radici. Tramite i fertilizzanti aumentiamo i minerali assorbiti dalla pianta. Se mettiamo una pianta sotto una campana di vetro vediamo che senz’aria la pianta morirà, perché l’aria è indispensabile per la vita delle piante.

Le piante verdi crescono rivolte verso la luce. Perché le piante verdi hanno bisogno di luce, acqua , aria e minerali.

Gli organismi autotrofi riescono a sintetizzare composti organici a partire da composti inorganici, utilizzando l’energia solare grazie alla fissazione del carbonio. Questo processo consiste nella trasformazione della anidride carbonica dell’atmosfera, che è un composto inorganico, in glucosio, che è un composto organico.

schema fotosintesi

schema fotosintesi

 

Le piante sono costituite da migliaia di cellule, le quali formano i tessuti e alcuni di questi tessuti si riuniscono come dei tubi a trasportare liquidi attraverso la pianta.

Gli strati più interni di tessuto sono chiamati Xilema:

descrizione dello xilema

le varie sezioni dello xilema

 

L’acqua entra dalle radici e si muove verso l’alto nello xilema, attraverso le foglie e gli steli, quasi tutta l’acqua che arriva alle foglie viene ceduta all’aria, ma una parte viene usata in una reazione chimica che avviene che utilizza anche aria e luce.

Nella superficie di una foglia vediamo dei piccoli forellini che si chiamano stomi , all’interno delle foglie ci sono i cloroplasti, che contengono pigmenti, i quali donano il colore verde alle piante. Nell’ambito dei pigmenti, per assorbire l’energia della luce solare abbiamo le clorofille, in particolare la clorofilla a e la clorofilla b, che sono sensibili a due lunghezze d’onda diverse. Entrambi i tipi di clorofilla assorbono la luce blu e quella rossa, mentre non assorbono la luce verde e quella gialla, che vengono riflesse. Per questo motivo le cellule contenenti cloroplasti appaiono verdi.

I cloroplasti hanno hanno al loro interno i grana, che, se osservati al microscopio ottico, appaiono costituiti da strutture membranose appiattite, i tilacoidi.

Stroma

Diagram showing stomata on green plant illustration

 

In una foglia verde, l’anidride carbonica passa dall’aria ai cloroplasti, questi ultimi assorbono l’energia luminosa e la utilizzano in una complessa reazione chimica che trasforma l’anidride carbonica e l’acqua in molecole di zucchero. Questa reazione è la fotosintesi, per mezzo di questa trasformazione , le piante verdi immettono nell’atmosfera l’ossigeno necessario alla vita.

Formula della Fotosintesi:

6CO_{2}+6H_{2}O \rightarrow C_{6}H_{12}O_{6}+6O_{2}

In una foglia, lo zucchero prodotto dalla fotosintesi si muove attraverso un sistema di tubi, il floema, e viene trasportato in ogni parte della pianta. Un po’ di zucchero viene utilizzato per produrre energia per la crescita della pianta.

La produzione di energia in una pianta implica una reazione chimica che produce ossigeno e consuma anidride carbonica.

La fotosintesi avviene solo di giorno perché c’è bisogno della luce solare. Di notte, quando non c’è luce, le piante non compiono la fotosintesi clorofilliana, quindi l’ossigeno viene trattenuto dalla pianta e viene liberata anidride carbonica nell’ambiente.

La Fase luminosa

La fase luminosa della fotosintesi inizia con la scissione di molecole d’acqua che forniscono elettroni, carichi di energia, e ossigeno che viene liberato nell’ambiente. Gli elettroni energetici sono utilizzati per la sintesi di ATP e NADPH che vengono convogliati alla seconda fase.

Abbiamo due eventi importanti:

  1. La scissione dell’acqua: elettroni e ossigeno
    Il primo passaggio chiave è la scissione delle molecole d’acqua: da questa reazione provengono non
    solo gli elettroni  ma anche l’ossigeno che costituisce il 21% dell’atmosfera terrestre. Durante la scomposizione delle molecole di acqua, gli atomi di idrogeno vengono rimossi dalla molecola mentre l’ossigeno rimane libero. Dall’unione di due atomi di ossigeno nel compartimento interno del tilacoide  deriva una molecola di ossigeno, che è la forma in cui l’ossigeno è presente nella nostra atmosfera.
  2. La trasformazione dell’energia solare in energia chimica
    Il secondo passaggio chiave della fase luminosa è la trasformazione dell’energia solare in energia chimica. Quando l’energia della luce solare viene trasferita a una molecola di clorofilla a nel centro di reazione,
    un elettrone riceve la spinta necessaria per passare da quello che viene chiamato il suo stato fondamentale
    a uno stato eccitato. In termini fisici, questo elettrone non fa altro che allontanarsi dal nucleo dell’atomo.

La fase oscura: il ciclo di Calvin

Nella seconda fase della fotosintesi, denominata “oscura” perché non necessita della luce, l’energia accumulata nelle reazioni della fase luminosa viene utilizzata per alimentare un ciclo di reazioni in cui il diossido di carbonio, ricavato dall’atmosfera, si combina con uno zucchero a basso contenuto energetico e produce un carboidrato ricco di energia, cioè una sostanza nutritiva. Questa serie ciclica di reazioni costituisce il ciclo di Calvin.

Immagini:

  • By Kelvinsong – Own work, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=25703438
  • Foto di Markéta Machová da Pixabay  
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immagine di copertina:

Image by dmarr515 from Pixabay

 

 

 

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