La fotosintesi è il processo mediante il quale le piante producono cibo utilizzando anidride carbonica, acqua e luce solare. L'anidride carbonica entra nella pianta attraverso piccoli pori delle sue foglie, chiamati stomi. L'acqua arriva alle foglie attraverso le vene della pianta dopo essere stata assorbita dalle radici.
Nel processo di fotosintesi, l'energia della luce solare viene utilizzata per creare glucosio dalla CO2 e H2O. Questo glucosio fornisce nutrimento alla pianta. Poiché molte forme di vita superiori dipendono sia dalle piante per nutrirsi che dall'ossigeno per respirare, questo processo è vitale per il sopravvivenza degli ecosistemi.
Nota: La fotosintesi si verifica anche nelle alghe e in alcuni tipi di batteri. Il focus di questo post è su fotosintesi nelle piante.
Posizione della fotosintesi
La fotosintesi avviene nei cloroplasti che si trovano nelle foglie e negli steli verdi delle piante. Una foglia ha decine di migliaia di cellule ognuna delle quali ha 40-50 cloroplasti.
Ogni cloroplasto è diviso in molti compartimenti a forma di disco chiamati tilacoidi, che sono disposti verticalmente come una pila di frittelle. Ogni pila è chiamata granum (il plurale è grana) che è sospesa in un fluido chiamato stroma. Il reazioni dipendenti dalla luce si verificano nel grana; le reazioni indipendenti dalla luce avvengono nello stroma dei cloroplasti.
Due fasi della fotosintesi
Sebbene l'intero processo possa richiedere meno di un minuto, il processo di fotosintesi è in realtà piuttosto complesso.
Ci sono due fasi della fotosintesi: il reazioni alla luce (la parte fotografica) e il reazioni oscure che sono anche conosciuti come Calvin Cycle (la parte di sintesi) e ciascuna delle fasi della fotosintesi ha più passaggi.
Reazioni dipendenti dalla luce
Il primo passo della fotosintesi utilizza energia luminosa per creare le molecole portatrici di energia che verranno utilizzate nel secondo processo. Conosciute come reazioni alla luce, queste reazioni utilizzano direttamente l'energia del sole. Centinaia di molecole di pigmento sono contenute in fotocentri nel membrana tilacoide e agiscono come antenne per assorbire la luce e trasferire energia a una molecola di clorofilla.
Questi pigmenti fotosintetici consentono alle piante di assorbire la luce solare, necessaria per avviare il processo. La luce eccita gli elettroni, causando uno stato energetico più elevato. Ciò si traduce nella conversione dell'energia dal sole in energia chimica che fornisce cibo per la pianta.
Molecole di clorofilla nelle piante costituiscono un centro di reazione che trasferisce elettroni ad alta energia a molecole accettore, che vengono poi trasferite attraverso una serie di trasportatori di membrana. Questi elettroni ad alta energia passano tra le molecole e provocano la divisione delle molecole d'acqua in ossigeno, ioni idrogeno ed elettroni.
In questa prima fase, una serie di reazioni fa sì che l'energia solare venga convertita in energia chimica e in due separate fotosistemi, gli elettroni vengono trasferiti in sequenza per generare adenosina trifosfato (ATP) e nicotina adenina dinucleotide fosfato (NADP+).
Alcuni degli elettroni ad alta energia poi continuano a ridurre NADP+ a NADPH. L'ossigeno prodotto si diffonde dal cloroplasto e fuoriesce nell'atmosfera attraverso i pori della foglia. L'ATP e il NADPH prodotti in questa prima fase vengono utilizzati nella fase successiva in cui viene creato il glucosio.
Reazioni indipendenti dalla luce
Il secondo processo di fotosintesi porta alla biosintesi dei carboidrati dalla CO2. In questa fase indipendente dalla luce (precedentemente nota come oscura), il NADPH creato nella prima fase fornisce l'idrogeno che formare il glucosio mentre l'ATP formato nelle reazioni dipendenti dalla luce fornisce l'energia necessaria per sintetizzarlo.
Conosciuto anche come ciclo di Calvin, questa fase avviene nello stroma e porta alla produzione di saccarosio, che sarà poi utilizzato come fonte di cibo ed energia per la pianta. Chiamato per Melvin Calvin, questa fase utilizza l'ATP e il NADPH che sono stati creati nella prima fase, insieme all'enzima ribulosio bisfosfato carbossilasi presente nel cloroplasto.
Qui il ribulosio funge da catalizzatore, per “fissare” le molecole di carbonio che vengono poi convertite in carboidrati che fungono da fonte di energia per la pianta.