L’energia della luce solare, l’acqua assorbita dalle radici e l’anidride carbonica dell’atmosfera producono glucosio e ossigeno con la fotosintesi
La fotosintesi è il processo con cui le piante e alcuni microorganismi producono sostanze come i carboidrati. È un processo chimico endotermico (richiede calore) che utilizza la luce del sole per trasformare l’anidride carbonica in zuccheri. Gli zuccheri sono usati dalla cellula come energia e per costruire altri tipi di molecole.
La fotosintesi è molto importante per la vita sulla Terra. Le piante verdi costruiscono se stesse usando la fotosintesi. Anche le alghe, i protisti e alcuni batteri la usano. Alcune eccezioni sono organismi che ottengono direttamente la loro energia da reazioni chimiche; questi organismi sono chiamati chemioautotrofi.
La fotosintesi può avvenire in modi diversi, ma ci sono alcune parti che sono comuni.
6 CO2(g) + 6 H2O + fotoni → C6H12O6(aq) + 6 O2(g) biossido di carbonio + acqua + energia luminosa → glucosio + ossigeno L’anidride carbonica entra nella foglia attraverso gli stomi per diffusione dall’atmosfera. L’acqua viene assorbita dal suolo dalle cellule ciliate delle radici, che hanno una superficie maggiore per un maggiore assorbimento dell’acqua.
La fotosintesi avviene nei cloroplasti delle foglie (o di altri tessuti verdi). Essi contengono clorofilla, il pigmento verde che assorbe l’energia luminosa. Nelle foglie, le cellule a palizzata hanno cloroplasti per catturare la luce.
L’ossigeno è un prodotto di scarto della fotosintesi: esce dalla pianta nella respirazione. Tutto l’ossigeno dell’atmosfera ha origine nelle piante (compresi i microrganismi che fanno la fotosintesi)
Il glucosio è utilizzato nella respirazione (per liberare energia nelle cellule). Viene immagazzinato sotto forma di amido (che viene riconvertito in glucosio per la respirazione al buio). Il glucosio può anche essere convertito in altri composti per la crescita e la riproduzione, per esempio cellulosa, nettare, fruttosio, aminoacidi e grassi.
Reazioni del processo
Schema di un cloroplasto
La fotosintesi ha due serie principali di reazioni. Le reazioni luce-dipendenti hanno bisogno della luce per fare lavoro; e le reazioni luce-indipendenti, che non hanno bisogno della luce per fare lavoro.
Reazioni luce-dipendenti
Pagina principale: Reazione luce-dipendente
L’energia luminosa del sole è usata per dividere le molecole d’acqua (fotolisi). La luce del sole colpisce i cloroplasti della pianta. Questo fa sì che un enzima divida l’acqua. L’acqua, una volta scissa, dà ossigeno, idrogeno ed elettroni.
L’idrogeno, insieme agli elettroni eccitati dalla luce, converte il NADP in NADPH che è poi usato nelle reazioni indipendenti dalla luce. L’ossigeno gassoso si diffonde fuori dalla pianta come prodotto di scarto della fotosintesi, e l’ATP viene sintetizzato da ADP e fosfato inorganico. Tutto questo avviene nel grana dei cloroplasti.
Reazione al buio
Pagina principale: Reazione indipendente dalla luce
Durante questa reazione, gli zuccheri sono costruiti usando l’anidride carbonica e i prodotti delle reazioni dipendenti dalla luce (ATP e NADPH) e varie altre sostanze chimiche presenti nella pianta nel Ciclo di Calvin. Pertanto, la reazione indipendente dalla luce non può avvenire senza la reazione dipendente dalla luce. L’anidride carbonica si diffonde nella pianta e insieme alle sostanze chimiche nel cloroplasto, all’ATP e al NADPH, viene prodotto il glucosio e, infine, trasportato intorno alla pianta per traslocazione.
Fattori che influenzano la fotosintesi
Tempo di vita
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Prima riproduzione sessuale
Scala degli assi: milioni di anni.
Etichette arancioni: ere glaciali conosciute.
Vedi anche: Cronologia umana e Cronologia della natura
Ci sono tre fattori principali che influenzano la fotosintesi:
- Intensità della luce
- Concentrazione di anidride carbonica
- Temperatura
Intensità della luce
Se c’è poca luce su una pianta, le reazioni dipendenti dalla luce non funzionano in modo efficiente. Questo significa che la fotolisi (scomposizione dell’acqua per mezzo della luce) non avverrà rapidamente, e quindi si produrrà poco NADPH e ATP. Questa carenza di NADPH e ATP porterà le reazioni indipendenti dalla luce a non funzionare, poiché NADPH e ATP sono necessari per il funzionamento delle reazioni indipendenti dalla luce.
L’intensità della luce richiesta è facilmente indagabile in una pianta acquatica come la pondweed. Le bolle di ossigeno emesse possono essere contate o il volume misurato. Cambiando la distanza tra la luce e la pianta, l’intensità della luce viene fatta variare. Il cambiamento dell’intensità della luce influenzerà il cambiamento del tasso di fotosintesi. L’illuminazione artificiale può essere usata al buio per massimizzare il tasso fotosintetico.
Livello di anidride carbonica
L’anidride carbonica è usata nelle reazioni indipendenti dalla luce. Si combina con NADPH e ATP e varie altre sostanze chimiche (come il bisfosfato di ribulosio) per formare glucosio. Pertanto, se non c’è abbastanza anidride carbonica, ci sarà un accumulo di NADPH e ATP e non si formerà abbastanza glucosio.
Temperatura
Ci sono molti enzimi che lavorano nelle reazioni fotosintetiche – come l’enzima della fotolisi. Tutti gli enzimi lavorano meglio alla loro temperatura ottimale. Tutte le reazioni luce-dipendenti e luce-indipendenti avvengono normalmente a temperature medie o ottimali. Le piante tropicali hanno una temperatura ottimale più alta delle piante adattate ai climi temperati.
Quando le temperature sono troppo basse, c’è poca energia cinetica, quindi il tasso di reazione diminuisce. Se le temperature sono troppo alte, gli enzimi si denaturano e la catalisi della reazione di fotosintesi si ferma.
Le serre devono mantenere una temperatura ottimale per il normale funzionamento delle piante.
Evoluzione precoce
I primi organismi fotosintetici si sono probabilmente evoluti presto nella storia della vita. Potrebbero aver usato agenti riducenti come l’idrogeno o il solfuro di idrogeno come fonte di elettroni, piuttosto che l’acqua. I cianobatteri apparvero più tardi, e l’eccesso di ossigeno che producevano contribuì alla catastrofe dell’ossigeno. Questo ha reso possibile l’evoluzione della vita complessa.
Efficacia
Oggi, il tasso medio di cattura di energia attraverso la fotosintesi a livello globale è di circa 130 terawatt, che è circa sei volte più grande dell’attuale potenza utilizzata dalla civiltà umana. Gli organismi fotosintetici convertono anche circa 100-115 mila milioni di tonnellate di carbonio in biomassa all’anno.
Pagine correlate
- Ciclo di Calvino
- Respirazione cellulare
- Fisiologia delle piante
Immagini per bambini
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Immagine composta che mostra la distribuzione globale della fotosintesi, includendo sia il fitoplancton oceanico che la vegetazione terrestre. Il rosso scuro e il blu-verde indicano regioni di alta attività fotosintetica nell’oceano e sulla terraferma, rispettivamente.
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Cellule vegetali con cloroplasti visibili (da un muschio, Plagiomnium affine)
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Ritratto di Jan Baptist van Helmont di Mary Beale, c.1674
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Melvin Calvin lavora nel suo laboratorio di fotosintesi.
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La foglia è il sito primario della fotosintesi nelle piante.
