Come funziona la fotosintesi?

Il processo di fotosintesi, in cui piante e alberi trasformano la luce del sole in nutrimento energia, a prima vista può sembrare magico, ma direttamente e indirettamente, questo processo sostiene l'intero mondo. Quando le piante verdi raggiungono la luce, le loro foglie catturano l'energia del sole utilizzando sostanze chimiche che assorbono la luce o pigmenti speciali per produrre cibo dall'anidride carbonica e dall'acqua estratta dall'atmosfera. Questo processo rilascia ossigeno come sottoprodotto nell'atmosfera, un componente dell'aria necessario per tutti gli organismi che respirano.

TL; DR (troppo lungo; non ho letto)

Una semplice equazione per la fotosintesi è anidride carbonica + acqua + energia luminosa = glucosio + ossigeno. Poiché le entità all'interno del regno vegetale consumano anidride carbonica durante la fotosintesi, rilasciano ossigeno nell'atmosfera affinché le persone possano respirare; alberi e piante verdi (sulla terra e in mare) sono i principali responsabili dell'ossigeno all'interno del atmosfera, e senza di loro, animali e umani, così come altre forme di vita, potrebbero non esistere come loro fare oggi.

Le cose verdi e in crescita sono necessarie per tutta la vita sul pianeta, non solo come cibo per erbivori e onnivori, ma per respirare l'ossigeno. Il processo di fotosintesi è il principale modo in cui l'ossigeno entra nell'atmosfera. È l'unico mezzo biologico sul pianeta che cattura l'energia luminosa del sole, trasformandola in zuccheri e carboidrati che forniscono nutrienti alle piante mentre rilasciano ossigeno.

Pensaci: le piante e gli alberi possono essenzialmente attirare energia che inizia nei confini esterni dello spazio, nel, forma di luce solare, trasformarla in cibo e, nel processo, rilasciare l'aria necessaria che gli organismi richiedono per prosperare. Si potrebbe dire che tutte le piante e gli alberi che producono ossigeno hanno una relazione simbiotica con tutti gli organismi che respirano ossigeno. Gli esseri umani e gli animali forniscono anidride carbonica alle piante e in cambio forniscono ossigeno. I biologi chiamano questa relazione simbiotica mutualistica perché tutte le parti nella relazione ne beneficiano.

Nel sistema di classificazione di Linneo, la categorizzazione e la classificazione di tutti gli esseri viventi, piante, le alghe e un tipo di batteri chiamato cianobatteri sono le uniche entità viventi che producono cibo da luce del sole. L'argomento per l'abbattimento delle foreste e la rimozione delle piante per il bene dello sviluppo sembra controproducente se non ci sono più esseri umani per vivere in quegli sviluppi perché non ci sono piante e alberi rimasti per produrre ossigeno.

Le piante e gli alberi sono autotrofi, organismi viventi che producono il proprio cibo. Poiché lo fanno usando l'energia luminosa del sole, i biologi li chiamano fotoautotrofi. La maggior parte delle piante e degli alberi del pianeta sono fotoautotrofi.

La conversione della luce solare in cibo avviene a livello cellulare all'interno delle foglie delle piante in un organello che si trova nelle cellule vegetali, una struttura chiamata cloroplasto. Mentre le foglie sono costituite da diversi strati, la fotosintesi avviene nel mesofillo, lo strato intermedio. Piccole micro aperture sulla parte inferiore delle foglie chiamate stomi controllano il flusso di anidride carbonica e ossigeno da e verso la pianta, controllando lo scambio di gas della pianta e il bilancio idrico della pianta.

Gli stomi esistono sul fondo delle foglie, rivolti lontano dal sole, per ridurre al minimo la perdita d'acqua. Piccole cellule di guardia che circondano gli stomi controllano l'apertura e la chiusura di queste aperture simili a bocche gonfiandosi o restringendosi in risposta alla quantità di acqua nell'atmosfera. Quando gli stomi si chiudono, la fotosintesi non può avvenire, poiché la pianta non può assorbire anidride carbonica. Ciò fa diminuire i livelli di anidride carbonica nella pianta. Quando le ore diurne diventano troppo calde e secche, lo stroma si chiude per conservare l'umidità.

Come organello o struttura a livello cellulare nelle foglie delle piante, i cloroplasti hanno una membrana esterna ed interna che li circonda. All'interno di queste membrane ci sono strutture a forma di piatto chiamate tilacoidi. La membrana tilacoide è il luogo in cui la pianta e gli alberi immagazzinano la clorofilla, il pigmento verde responsabile dell'assorbimento dell'energia luminosa dal sole. È qui che avvengono le prime reazioni dipendenti dalla luce in cui numerose proteine ​​costituiscono la catena di trasporto per trasportare l'energia estratta dal sole dove deve andare all'interno della pianta.

Il processo di fotosintesi è un processo in due fasi e in più fasi. La prima fase della fotosintesi inizia con il Reazioni alla luce, noto anche come Processo dipendente dalla luce e richiede energia luminosa dal sole. La seconda fase, il Reazione Oscura stadio, chiamato anche il Calvin Cycle Calvin, è il processo mediante il quale la pianta produce zucchero con l'aiuto di NADPH e ATP dalla fase di reazione alla luce.

Il Reazione alla luce La fase della fotosintesi prevede i seguenti passaggi:

• Raccolta di anidride carbonica e acqua dall'atmosfera attraverso le foglie delle piante o degli alberi.
• I pigmenti verdi che assorbono la luce nelle piante o negli alberi convertono la luce solare in energia chimica immagazzinata.
• Attivati ​​dalla luce, gli enzimi vegetali trasportano l'energia dove necessario prima di rilasciarla per ricominciare.
  

Tutto questo avviene a livello cellulare all'interno dei tilacoidi della pianta, singole sacche appiattite, disposte in grana o pile all'interno dei cloroplasti delle cellule della pianta o dell'albero.

Il ciclo di Calvino, prende il nome dal biochimico di Berkeley Melvin Calvin (1911-1997), vincitore del Premio Nobel per la Chimica nel 1961 per aver scoperto la fase di Dark Reaction, è il processo mediante il quale la pianta produce zucchero con l'aiuto di NADPH e ATP dalla reazione alla luce palcoscenico. Durante il ciclo di Calvin, si verificano i seguenti passaggi:

• Fissazione del carbonio in cui le piante collegano il carbonio alle sostanze chimiche vegetali (RuBP) per la fotosintesi.
• Fase di riduzione in cui le sostanze chimiche vegetali ed energetiche reagiscono per creare zuccheri vegetali.
• La formazione dei carboidrati come nutriente per le piante.
• Fase di rigenerazione dove zucchero ed energia cooperano per formare una molecola RuBP, che permette al ciclo di ricominciare.

All'interno della membrana tilacoide sono incorporati due sistemi di cattura della luce: fotosistema I e fotosistema II composto da più proteine ​​simili ad antenne che è dove le foglie della pianta trasformano l'energia luminosa in chimica energia. Il fotosistema I fornisce una fornitura di portatori di elettroni a bassa energia mentre l'altro fornisce le molecole energizzate dove devono andare.

La clorofilla è il pigmento che assorbe la luce, all'interno delle foglie di piante e alberi, che avvia il processo di fotosintesi. Come pigmento organico all'interno del tilacoide del cloroplasto, la clorofilla assorbe energia solo all'interno di una banda stretta dello spettro elettromagnetico prodotto dal sole nell'intervallo di lunghezze d'onda da 700 nanometri (nm) a 400 nm. Chiamata banda di radiazione fotosinteticamente attiva, il verde si trova nel mezzo dello spettro della luce visibile che separa il rossi, gialli e arancioni a energia più bassa, ma con lunghezze d'onda più lunghe, dall'alta energia, lunghezza d'onda più corta, blu, indaco e violette.

Come le clorofille assorbono un singolo fotone o distinto pacchetto di energia luminosa, provoca l'eccitazione di queste molecole. Una volta che la molecola della pianta si eccita, il resto dei passaggi del processo implica l'inserimento di quella molecola eccitata nel sistema di trasporto dell'energia attraverso vettore chiamato nicotinammide adenina dinucleotide fosfato o NADPH, per la consegna al secondo stadio della fotosintesi, la fase di reazione oscura o Calvin Ciclo.

Dopo aver inserito il catena di trasporto degli elettroni, il processo estrae gli ioni idrogeno dall'acqua aspirata e li trasporta all'interno del tilacoide, dove si accumulano questi ioni idrogeno. Gli ioni passano attraverso una membrana semiporosa dal lato stromale al lume tilacoide, perdendo parte dell'energia nel processo, mentre si muovono attraverso le proteine ​​esistenti tra i due fotosistemi. Gli ioni idrogeno si raccolgono nel lume tilacoide dove aspettano la ri-energizzazione prima di partecipare al processo che rende l'adenosina trifosfato o ATP, la valuta energetica della cellula.

Le proteine ​​antenna nel fotosistema 1 assorbono un altro fotone, trasmettendolo al centro di reazione PS1 chiamato P700. Un centro ossidato, P700 invia un elettrone ad alta energia al fosfato di nicotina-ammide adenina dinucleotide o NADP+ e lo riduce per formare NADPH e ATP. È qui che la cellula vegetale converte l'energia luminosa in energia chimica.

Il cloroplasto coordina le due fasi della fotosintesi per utilizzare l'energia della luce per produrre zucchero. I tilacoidi all'interno del cloroplasto rappresentano i siti delle reazioni alla luce, mentre il ciclo di Calvin avviene nello stroma.

La respirazione cellulare, legata al processo di fotosintesi, avviene all'interno della cellula vegetale poiché assorbe energia luminosa, la trasforma in energia chimica e rilascia nuovamente ossigeno nell'atmosfera. La respirazione avviene all'interno della cellula vegetale avviene quando gli zuccheri prodotti durante il processo fotosintetico si combina con l'ossigeno per produrre energia per la cellula, formando anidride carbonica e acqua come sottoprodotti di respirazione. Una semplice equazione per la respirazione è opposta a quella della fotosintesi: glucosio + ossigeno = energia + anidride carbonica + energia luminosa.

La respirazione cellulare avviene in tutte le cellule viventi della pianta, non solo nelle foglie, ma anche nelle radici della pianta o dell'albero. Poiché la respirazione cellulare non ha bisogno di energia luminosa per verificarsi, può avvenire sia di giorno che di notte. Ma l'eccessiva irrigazione delle piante in terreni con scarso drenaggio causa un problema per la respirazione cellulare, in quanto inondata le piante non possono assorbire abbastanza ossigeno attraverso le loro radici e trasformare il glucosio per sostenere il metabolismo cellulare processi. Se la pianta riceve troppa acqua per troppo tempo, le sue radici possono essere private dell'ossigeno, che può essenzialmente fermare la respirazione cellulare e uccidere la pianta.

Il professor Elliott Campbell dell'Università della California Merced e il suo team di ricercatori hanno notato in un articolo dell'aprile 2017 in "Nature", una rivista scientifica internazionale, che il processo di fotosintesi è aumentato notevolmente durante il 20 secolo. Il team di ricerca ha scoperto una registrazione globale del processo fotosintetico a cavallo di duecento anni.

Ciò li ha portati a concludere che il totale di tutta la fotosintesi delle piante sul pianeta è cresciuto del 30 percento durante gli anni di ricerca. Sebbene la ricerca non abbia identificato in modo specifico la causa di un aumento del processo di fotosintesi a livello globale, i risultati del team modelli informatici suggeriscono diversi processi, se combinati, che potrebbero portare a un così grande aumento della pianta globale crescita.

I modelli hanno mostrato che le principali cause dell'aumento della fotosintesi includono un aumento delle emissioni di anidride carbonica nell'atmosfera (dovute principalmente all'attività umana). attività), stagioni di crescita più lunghe a causa del riscaldamento globale dovuto a queste emissioni e all'aumento dell'inquinamento da azoto causato dall'agricoltura di massa e dai combustibili fossili combustione. Le attività umane che hanno portato a questi risultati hanno effetti sia positivi che negativi sul pianeta.

Il professor Campbell ha osservato che mentre l'aumento delle emissioni di anidride carbonica stimola la produzione delle colture, stimola anche la crescita di erbacce indesiderate e specie invasive. Ha osservato che l'aumento delle emissioni di anidride carbonica causa direttamente il cambiamento climatico che porta a più inondazioni lungo la costa aree, condizioni meteorologiche estreme e un aumento dell'acidificazione degli oceani, tutti fattori che hanno effetti aggravanti globalmente.

Sebbene la fotosintesi sia aumentata durante il 20esimo secolo, ha anche fatto sì che le piante immagazzinassero più carbonio negli ecosistemi di tutto il mondo, facendole diventare fonti di carbonio invece di pozzi di carbonio. Anche con l'aumento della fotosintesi, l'aumento non può compensare la combustione di combustibili fossili, come maggiori emissioni di anidride carbonica dalla combustione di combustibili fossili tendono a sopraffare la capacità di assorbimento di una pianta CO2.

I ricercatori hanno analizzato i dati sulla neve antartica raccolti dalla National Oceanic and Atmospheric Administration per sviluppare le loro scoperte. Studiando il gas immagazzinato nei campioni di ghiaccio, i ricercatori hanno esaminato le atmosfere globali del passato.