La fotosintesi è il processo biologico che converte l'energia luminosa in energia chimica immagazzinata nello zucchero. Secondo National Geographic Education, le piante utilizzano la luce solare, l'acqua e l'anidride carbonica per creare ossigeno ed energia sotto forma di zucchero, assorbendo anidride carbonica e acqua e rilasciando ossigeno mentre immagazzinano energia in molecole di glucosio.
Dove avviene: all'interno del cloroplasto
Il processo si svolge all'interno dei cloroplasti, organuli presenti nelle cellule vegetali e algali, secondo National Geographic Education. I cloroplasti contengono due regioni chiave descritte nei riferimenti biologici su bio.libretexts.org: le membrane dei tilacoidi, dove si verificano le reazioni dipendenti dalla luce, e lo stroma, lo spazio fluido in cui si verificano le reazioni indipendenti dalla luce del ciclo di Calvin.
La clorofilla, il pigmento verde immagazzinato nelle membrane dei tilacoidi, assorbe energia principalmente dalle lunghezze d'onda della luce blu e rossa mentre riflette la luce verde, il che è il motivo per cui la maggior parte delle foglie appare verde, come nota National Geographic Education.
Fase uno: le reazioni dipendenti dalla luce
Nella membrana del tilaccoide, l'energia luminosa assorbita dalla clorofilla in una struttura chiamata fotosistema II viene utilizzata per scindere le molecole d'acqua, secondo bio.libretexts.org. Questa scissione libera due elettroni, due atomi di idrogeno e un atomo di ossigeno; l'ossigeno viene rilasciato come sottoprodotto, che è la fonte dell'ossigeno che le piante rilasciano.
Gli elettroni liberati viaggiano attraverso una catena di trasporto degli elettroni dal fotosistema II attraverso un complesso chiamato citocromo b6f al fotosistema I, perdendo energia lungo il percorso e venendo ri-energizzati dalla luce assorbita nel fotosistema I, secondo bio.libretexts.org. Mentre gli elettroni si muovono attraverso il citocromo b6f, gli ioni di idrogeno vengono pompati attraverso la membrana del tilaccoide, costruendo un gradiente di concentrazione. Questo gradiente guida la chemiosmosi, in cui l'ATP sintasi aggiunge un gruppo fosfato all'ADP per formare ATP. Nel fotosistema I, gli elettroni ad alta energia vengono infine utilizzati per convertire NADP⁺ in NADPH.
Il risultato netto di questa fase, come riassunto da bio.libretexts.org, è la reazione: 2 H₂O + 2 NADP⁺ + 3 ADP + 3 Pi → O₂ + 2 NADPH + 3 ATP. L'ATP e l'NADPH prodotti qui portano energia chimica nella seconda fase.
Fase due: il ciclo di Calvin
Il ciclo di Calvin si verifica nello stroma e non richiede direttamente la luce, secondo bio.libretexts.org. Si svolge in tre fasi. Innanzitutto, nella fissazione del carbonio, l'enzima RuBisCO combina l'anidride carbonica con una molecola a cinque atomi di carbonio chiamata RuBP, producendo due molecole di acido 3-fosfoglicerico (3-PGA) per ogni CO₂ fissato.
In secondo luogo, nella riduzione, l'ATP e l'NADPH prodotti durante le reazioni dipendenti dalla luce convertono 3-PGA in gliceraldeide 3-fosfato (G3P), il blocco di costruzione che le piante utilizzano per produrre glucosio e altri carboidrati. In terzo luogo, nella rigenerazione, la maggior parte del G3P prodotto viene utilizzato per rigenerare RuBP, utilizzando ulteriore ATP, in modo che il ciclo possa continuare, secondo bio.libretexts.org.
La produzione di una molecola di G3P richiede tre giri del ciclo, consumando tre molecole di CO₂, nove di ATP e sei di NADPH; la costruzione di una molecola di glucosio richiede sei giri del ciclo, secondo bio.libretexts.org.
Perché la fotosintesi è importante oltre la pianta
National Geographic Education afferma che la maggior parte della vita sulla Terra dipende dalla fotosintesi: gli erbivori ottengono energia mangiando piante, e i carnivori la ottengono indirettamente mangiando erbivori, rendendo la fotosintesi il punto di accesso per l'energia nella maggior parte delle catene alimentari. Il processo è anche la principale fonte di ossigeno atmosferico.
Le piante terrestri non sono gli unici fotosinteti importanti per la fornitura di ossigeno del pianeta. Secondo il National Ocean Service della NOAA, circa la metà dell'ossigeno della Terra ha origine nell'oceano, prodotto dal fitoplancton — piante galleggianti, alghe e alcuni batteri in grado di fare la fotosintesi. NOAA evidenzia Prochlorococcus, descritto come l'organismo fotosintetico più piccolo sulla Terra, come una specie che da sola produce fino al 20% dell'ossigeno nell'intera biosfera, più di tutte le foreste pluviali tropicali messe insieme.
NOAA nota anche un importante avvertimento: nell'oceano, più o meno la stessa quantità di ossigeno viene prodotta dalla fotosintesi quanta viene consumata dalla vita marina attraverso la respirazione e la decomposizione, quindi l'oceano funziona più come un ciclo dell'ossigeno equilibrato che come un guadagno netto atmosferico.
Le due fasi a colpo d'occhio
Reazioni dipendenti dalla luce vs. il ciclo di Calvin| Caratteristica | Reazioni dipendenti dalla luce | Ciclo di Calvin |
|---|
| Posizione nel cloroplasto | Membrana del tilaccoide | Stroma |
|---|
| Ha bisogno direttamente di luce? | Sì | No |
|---|
| Ingressi principali | Luce, acqua (H₂O) | CO₂, ATP, NADPH |
|---|
| Uscite principali | ATP, NADPH, O₂ | G3P (blocco di costruzione del glucosio), ADP, NADP⁺ |
|---|
| Molecola/enzima chiave | Clorofilla, fotosistemi I e II | RuBisCO |
|---|
Questo testo è stato preparato con l'intelligenza artificiale e ha superato un controllo automatico delle fonti prima della pubblicazione. Se noti un errore, chiedi una correzione. Chiedi una rettifica o una replica · Come lavoriamo
