Fotosintesi

Fotosintesi: Processo mediante il quale, a partire da anidride carbonica e acqua e con l'utilizzazione della luce solare quale fonte di energia, vengono prodotti glucosio e ossigeno. Gli organismi capaci di svolgere la fotosintesi sono detti fotosintetici; comprendono organismi procarioti  e organismi eucarioti . La reazione fotosintetica è mediata dal pigmento clorofilla, di colore verde, e da altri pigmenti. Le molecole di pigmento si trovano sempre associate a membrane che, sono presenti all'interno d'organuli detti cloroplasti. Nelle piante la fotosintesi avviene a livello delle parti verdi, cioè principalmente nelle foglie . La fotosintesi fornisce agli organismi zuccheri semplici che possono essere immediatamente utilizzati, mediante la respirazione cellulare, come fonte di energia per il metabolismo, oppure immagazzinati per essere utilizzati successivamente.

All'interno dei cloroplasti si trova un sistema di membrane che formano pile di sacchetti appiattiti (tilacoidi) dette grana e lamelle di collegamento dei grana (lamelle intergrana). Intorno ai tilacoidi vi è uno spazio che prende il nome di stroma. Le molecole di clorofilla presenti sulle membrane sono aggregate a formare i cosiddetti fotosistemi. Ciascuno di questi complessi molecolari può comprendere da 250 a 400 molecole di clorofilla di tipo a e b (o c), oltre a molecole di pigmenti accessori. Tutte le molecole sono in grado di catturare l'energia luminosa; solo una di clorofilla a, però, è in grado di passare a uno stato eccitato che attiva la reazione fotosintetica. Le molecole che hanno soltanto la funzione di captazione dell'energia sono dette molecole antenna; quella che attiva la fotosintesi è detta centro di reazione.

Si riconoscono due tipi di fotosistema: il fotosistema I, o P700, contiene una molecola di clorofilla a che ha il massimo assorbimento della radiazione solare di lunghezza d'onda pari a 700 nm; il fotosistema II, o P680, possiede invece una molecola di clorofilla a il cui picco di assorbimento si verifica per la lunghezza d'onda pari a 680 nm.

La fotosintesi può essere riassunta dalla seguente equazione chimica:

6 CO2 + 12 H2O + luce → C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O

il  ciclo di Calvin si svolge nello stroma dei cloroplasti, dove l'energia immagazzinata in ATP e NADPH viene impiegata per ridurre l'anidride carbonica in carbonio organico.

A ogni ciclo, una molecola di anidride carbonica si combina

con uno zucchero a 5 atomi di carbonio, il ribulosio 1,5-difosfato (RuDP), per formare due molecole di un composto a 3 atomi di carbonio.

Questa fondamentale reazione viene catalizzata dall'enzima ribulosio 1,5-difosfato carbossilasi .

Dopo tre cicli, ciascuno dei quali consuma una molecola di anidride carbonica, due di NADPH e tre di ATP, vengono prodotte tre molecole di un composto a 3 atomi di carbonio, la gliceraldeide-3-fosfato, due delle quali si combinano a formare una molecola a 6 atomi di carbonio, il glucosio.

Glicolisi Processo chimico che avviene in tutte le cellule, in base al quale una molecola di glucosio viene scissa in due molecole di acido piruvico; esso porta alla produzione di energia, immagazzinata in 2 molecole di ATP.

La glicolisi avviene a livello del citoplasma, indipendentemente dalla presenza o dall'assenza di ossigeno. In condizioni aerobie, le molecole di acido piruvico possono essere coinvolte nel ciclo di Krebs.

Al termine della glicolisi si formano due molecole di piruvato, che entrano nei mitocondri e vengono trasformate in gruppi acetilici. Ciascun gruppo acetilico, contenente due atomi di carbonio, si lega a un coenzima, formando un composto denominato acetilcoenzima A.

Questo, a sua volta, si combina con una molecola a quattro atomi di carbonio, l'ossalacetato, per formare un composto a sei atomi di carbonio, l'acido citrico.

Nei successivi passaggi del ciclo, la molecola di acido citrico viene gradualmente rielaborata, perdendo così due atomi di carbonio che vengono eliminati sotto forma di anidride carbonica.

In questi passaggi vengono, inoltre, liberati quattro elettroni che verranno utilizzati per l'ultimo passaggio della respirazione cellulare, la fosforilazione ossidativa, in cui, attraverso un processo di trasporto degli elettroni, si sviluppa l'energia per la sintesi di ATP.

L'ATP è una molecola ad alta energia, che viene utilizzata dalla cellula in gran parte delle reazioni metaboliche. Alla fine del ciclo di Krebs si riforma ossalacetato, che può combinarsi con un'altra molecola di acetil coenzima A e dare così inizio a un nuovo ciclo