La fotosintesi rappresenta il processo biologico mediante il quale le piante convertono l'energia luminosa in zucchero per alimentare le cellule vegetali. Composto da due fasi, una fase converte l'energia luminosa in zucchero, quindi la respirazione cellulare converte lo zucchero in adenosina trifosfato, noto come ATP, il carburante per tutta la vita cellulare. La conversione della luce solare inutilizzabile rende le piante verdi.
Mentre i meccanismi della fotosintesi sono complessi, la reazione complessiva avviene come segue: anidride carbonica + luce solare + acqua > glucosio (zucchero) + ossigeno molecolare. La fotosintesi avviene attraverso diversi passaggi che si verificano durante due fasi: la fase luminosa e la fase oscura.
Fase uno: reazioni alla luce
Nel processo dipendente dalla luce, che ha luogo nel grana, la struttura a membrana sovrapposta all'interno dei cloroplasti, il l'energia diretta della luce aiuta la pianta a produrre molecole che trasportano energia per l'utilizzo nella fase oscura di fotosintesi. La pianta utilizza l'energia della luce per generare il coenzima Nicotinamide adenina dinucleotide fosfato, o NADPH e ATP, le molecole che trasportano energia. I legami chimici in questi composti immagazzinano l'energia e vengono utilizzati durante la fase oscura.
Fase due: reazioni oscure
La fase oscura, che ha luogo nello stroma e al buio quando sono presenti le molecole che trasportano energia, è nota anche come ciclo di Calvin o C3 ciclo. La fase oscura utilizza l'ATP e il NADPH generati nella fase luminosa per creare legami covalenti C-C di carboidrati da anidride carbonica e acqua, con il ribulosio bifosfato chimico o RuBP, una sostanza chimica 5-C che cattura il carbonio biossido. Sei molecole di anidride carbonica entrano nel ciclo, che a sua volta produce una molecola di glucosio o zucchero.
Come funziona la fotosintesi
Un componente chiave che guida la fotosintesi è la molecola clorofilla. La clorofilla è una grande molecola con una struttura speciale che le consente di catturare l'energia luminosa e convertirla in elettroni ad alta energia, che vengono utilizzati durante le reazioni delle due fasi per produrre infine lo zucchero o glucosio.
Nei batteri fotosintetici, la reazione avviene nella membrana cellulare e all'interno della cellula, ma al di fuori del nucleo. Nelle piante e nei protozoi fotosintetici i protozoi sono organismi unicellulari appartenenti all'eucariota dominio, lo stesso dominio della vita che include piante, animali e funghi - la fotosintesi avviene all'interno cloroplasti. I cloroplasti sono un tipo di organello o compartimenti legati alla membrana, adattati per funzioni specifiche come la creazione di energia per le piante.
Cloroplasti: un racconto evolutivo
Mentre i cloroplasti esistono oggi all'interno di altre cellule, come le cellule vegetali, hanno il proprio DNA e geni. L'analisi della sequenza di questi geni ha rivelato che i cloroplasti si sono evoluti da organismi fotosintetici viventi in modo indipendente legati a un gruppo di batteri chiamati cianobatteri.
Un processo simile si è verificato quando gli antenati dei mitocondri, gli organelli all'interno delle cellule dove avviene la respirazione ossidativa, l'opposto chimico della fotosintesi. Secondo la teoria dell'endosimbiosi, una teoria che ha avuto un impulso di recente, a causa di un nuovo studio pubblicato sulla rivista Nature, entrambi i cloroplasti e i mitocondri un tempo vivevano come batteri indipendenti, ma furono inghiottiti dagli antenati degli eucarioti, portando infine alla nascita di piante e animali.