I cloroplasti sono gli originali trasformatori di energia solare "verdi". Questi minuscoli organelli, che si trovano solo nelle cellule delle piante e delle alghe, utilizzano l'energia del sole per convertire l'anidride carbonica e l'acqua in glucosio e ossigeno. Dan Jenk, scrittore scientifico per il Biodesign Institute presso l'Arizona State University, descrive il processo come segue, “…le piante si avvicinano all'apice dell'avarizia spulciando quasi ogni fotone di energia luminosa disponibile per produrre cibo."
In questo articolo, esamineremo il processo generale di fotosintesi, come funziona il cloroplasto e come funziona per utilizzare gli input chimici e il sole per produrre glucosio.
Energia potenziale chimica
L'energia immagazzinata all'interno di un legame molecolare è chiamata "energia potenziale chimica". Quando un legame chimico è rotto, come quando una molecola di amido viene mangiata e poi scomposta nel sistema digestivo di un animale, l'energia è rilasciato. Tutti gli organismi hanno bisogno di energia per sopravvivere.
La principale molecola utilizzata per l'energia negli organismi viventi è chiamata ATP. L'ATP viene generato nelle cellule tramite il glucosio e complesse vie metaboliche. Per ottenere il glucosio, però, le piante, le alghe e altri autotrofi devono convertire l'energia solare in glucosio attraverso un processo chiamato fotosintesi.
Fotosintesi: la reazione
La fotosintesi converte l'energia luminosa in energia chimica che viene immagazzinata nei legami molecolari del glucosio. Questo processo avviene nei cloroplasti. Una pianta utilizza le molecole di glucosio per creare carboidrati complessi - amido e cellulosa - e altri nutrienti di cui ha bisogno per crescere e riprodursi. La fotosintesi consente quindi di convertire l'energia luminosa in una forma di energia che può essere utilizzata per il cibo, sia dalla pianta che dagli animali che la mangiano.
La fotosintesi può essere rappresentata dalla seguente equazione semplificata:
6 CO2 (anidride carbonica) + 6 H2O (acqua) → C6H12oh6 (glucosio) + 6 O2 (ossigeno)
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Fotosintesi e funzione dei cloroplasti: come funziona
La fotosintesi avviene in due fasi: uno dipendente dalla luce e uno indipendente dalla luce.
Il reazioni alla luce della fotosintesi iniziano quando la luce del sole colpisce una cellula con un cloroplasto, di solito nelle cellule fogliari delle piante. La clorofilla, il pigmento verde all'interno di un cloroplasto, assorbe particelle di energia luminosa chiamate fotoni. Un fotone assorbito avvia una sequenza di reazioni chimiche che creano due tipi di composti ad alta energia, ATP (adenosina trifosfato) e NADPH (nicotinammide adenina dinucleotide fosfato).
Questi composti vengono successivamente utilizzati nella respirazione cellulare per creare più energia utilizzabile sotto forma di ATP.
Oltre all'energia luminosa, le reazioni alla luce richiedono anche acqua. Durante la fotosintesi, le molecole d'acqua vengono scisse in ioni idrogeno e ossigeno. L'idrogeno viene consumato dalla reazione e gli atomi di ossigeno rimanenti vengono rilasciati dal cloroplasto come gas ossigeno (O2).
Reazioni indipendenti dalla luce
Il indipendente dalla luce parte della fotosintesi è anche conosciuta come ciclo di Calvin. Utilizzando le molecole prodotte nelle reazioni dipendenti dalla luce - ATP per l'energia e NADPH per gli elettroni - il Calvin ciclo utilizza una serie ciclica di reazioni biochimiche per convertire sei molecole di anidride carbonica in una molecola di glucosio.
Ogni fase del ciclo di Calvin ha un enzima che catalizza la reazione.
Funzione dei cloroplasti ed energia verde
Le materie prime per la fotosintesi si trovano naturalmente nell'ambiente. Le piante assorbono l'anidride carbonica dall'aria, l'acqua dal suolo e la luce del sole e le convertono in ossigeno e carboidrati. Questo fa cloroplasti consumatori e produttori di energia pulita e rinnovabile più efficienti al mondo.
Assicura inoltre il ciclo di carbonio e ossigeno nell'ambiente. Senza la fotosintesi delle piante e delle alghe, non ci sarebbe alcun modo per riciclare l'anidride carbonica in ossigeno respirabile.
Ecco perché la deforestazione e cambiamento climatico sono così dannosi per l'ambiente: senza masse di alghe, alberi e altre piante per creare ossigeno e portare via anidride carbonica, CO2 i livelli aumenteranno. Ciò aumenta la temperatura globale, interrompe i cicli di scambio di gas e può generalmente danneggiare l'ambiente.