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Organizzazione Trofica Eteretrofo  Deve nutrirsi di cibo, cioè di molecole organiche presenti nel loro ambiente, per poter sopravvivere Autotrofo  Genera.

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1 Organizzazione Trofica Eteretrofo  Deve nutrirsi di cibo, cioè di molecole organiche presenti nel loro ambiente, per poter sopravvivere Autotrofo  Genera molecole organiche da fonti inorganiche Fotoautotrofo  Usa la luce solare come fonte di energia  Piante verdi, alghe, cianobatteri

2 Fotosintesi L’energia presente nella luce è catturata ed utilizzata per sintetizzare i carboidrati CO 2 + H 2 O + energia luminosa → C 6 H 12 O 6 + O 2 + H 2 O CO 2 si riduce H 2 O si ossida L’energia della luce fa avvenire questa reazione endoergonica

3 Biosfera Regioni sulla superficie terrestre e nell’atmosfera in cui vivono gli organismi Regolata ampiamente dal potere fotosintetico delle piante verdi Ciclo dove le cellule usano le molecole organiche per ricavare energia e le piante ricostituiscono queste molecole usando la fotosintesi  Le piante producono anche ossigeno

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5 Cloroplasto Organulo presente nelle piante e nelle alghe che effettuano la fotosintesi Contiene la clorofilla (pigmento verde) La maggior pare della fotosintesi avviene nelle foglie a livello del mesofillo centrale Attraverso gli stomi, l’anidride carbonica entra e l’ossigeno esce dalla foglia

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7 Anatomia del cloroplasto Membrana interna ed esterna Spazio intermembrana La membrana tilacoidale contiene le molecole di pigmento La membrana tilacoidale costituisce i tilacoidi È presente un lume tilacoidale Granum: tilacoidi impilati Stroma: regione piena di liquido tra la membrana tilacoidale e la membrana interna

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10 I 2 stadi della fotosintesi Reazioni alla luce  Avvengono nelle membrane tilacoidali  Producono ATP, NADPH e O 2 Ciclo di Calvin  Avviene nello stroma  Utilizza ATP e NADPH per incorporare CO 2 in molecole organiche

11 Energia luminosa Tipo di radiazione elettromagnetica Viaggia sotto forma di onde  Da corta a lunga lunghezza d’onda Si comporta anche come particella: Fotone  Le lunghezze d’onda più corte hanno energia maggiore

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13 I pigmenti fotosintetici assorbono una determinata energia luminosa e riflettono la rimanente  Le foglie sono verdi perchè esse riflettono le lunghezze d’onda del verde L’assorbimento fa passare gli elettroni ad un livello di energia più alto La lunghezza d’onda della luce assorbita da un pigmento dipende dalla quantità di energia necessaria per far passare un elettrone in un orbitale superiore

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16 Dopo che un elettrone assorbe energia, è in uno stato eccitato e solitamente instabile Rilascia energia sottoforma di  calore  luce Gli elettroni eccitati nei pigmenti possono essere trasferiti “catturati” da un’altra molecola L’energia luminosa catturata può essere trasferita ad altre molecole per produrre infine intermedi di energia per le funzioni cellulari

17 Pigmenti Clorofilla a Clorofilla b Carotenoidi

18 Fotosistemi Membrana tilacoidale Fotosistema I (PSI) Fotosistema II (PSII)

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20 2 componenti principali  Complesso di raccolta della luce o complesso antenna Assorbe direttamente fotoni Energia trasferita per trasferimento di energia di risonanza  Centro di reazione P680 →P680* Relativamente instabile Trasferito ad un accettore primario di elettroni Rimuove elettroni dall’acqua per ricostituire P680 ossidato  Ossidazione dell’acqua produce ossigeno gassoso

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22 Fotosistema II (PSII) Macchina redox Ricerche recenti sulla composizione biochimica del complesso proteico e sul ruolo dei vari componenti Struttura tridimensionale determinata nel 2004 mediante cristallografia a raggi-X

23 Gli elettroni accettati dall’accettore primario di elettroni sono trasferiti da PSII ad una molecola di pigmento nel centro di reazione di PSI L’elettrone rilascia parte della sua energia lungo il percorso  Stabilisce un gradiente elettrochimico di H +  La sintesi di ATP utilizza un meccanismo chemiosmotico simile a quello dei mitocondri

24 Fotosistema I (PSI) Ruolo chiave per la produzione di NADPH Il complesso di raccolta della luce di PSI, se colpito da luce, trasferisce energia al centro di reazione L’elettrone ad alta energia è rimosso da P700 e trasferito ad un accettore primario di elettroni NADP + riduttasi  NADP elettroni + H + → NADPH P700 + ricostituisce I suoi elettroni dalla plastocianina  Non si scinde l’acqua e non si forma ossigeno gassoso

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27 Riassunto 1. O 2 prodotto nel lume tilacoidale mediante ossidazione di H 2 O da PSII  2 elettroni trasferiti da P ATP prodotto nello stroma mediante gradiente elettrochimico di H + 3. La scissione di acqua colloca H + nel lume 1. Elettroni ad alta energia si muovono da PSII a PSI, pompando H + nel lume 2. La formazione di NADPH consuma H + nello stroma 4. NADPH è prodotto nello stroma dagli elettroni ad alta energia che partono in PSII e sono spinti nel PSI  NADP elettroni + H + → NADPH

28 Flusso ciclico e non ciclico di elettroni Non ciclico  Gli elettroni partono da PSII e infine sono trasferiti al NADPH  Il processo lineare produce ATP e NADPH in quantità uguali  Fotofosforilazione ciclica  Il ciclo di elettroni rilascia energia per trasportare H + nel lume permettendo la sintesi di ATP

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30 Ciclo di Calvin ATP e NADPH sono usati per sintetizzare carboidrati In un certo modo simile al ciclo dell’acido citrico CO 2 incorporata nei carboidrati  Precursori per tutte le molecole organiche  Riserva di energia

31 Incorporazione di CO 2 Chiamata anche ciclo di Calvin-Benson Richiede un apporto massiccio di energia Per ogni 6 CO 2 incorporate, 18 ATP e 12 NADPH sono usati Glucosio non è sintetizzato direttamente

32 3 fasi 1. Fissazione del Carbonio  CO 2 incorporata in RuBP usando rubisco  Intermedio a 6 atomi di carbonio si divide in 2 3PG 2. Riduzione e produzione di carboidrati  ATP è usato per convertire 3PG in 1,3- difosfoglicerato  Gli elettroni di NADPH lo riducono in G3P  6 CO 2 → 12 G3P 2 per i carboidrati 10 per la rigenerazione 3. Rigenerazione di RuBP  10 G3P convertite in 6 RuBP usando 6 ATP

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34 Variazioni nella fotosintesi Alcune condizioni ambientali possono influenzare sia l’efficienza che la modalità con cui il ciclo di Calvin funziona  Intensità della luce  Temperatura  Disponibilità di acqua

35 Fotorespirazione RuBP + CO 2 → 2 3PG  Rubisco funziona come carbossilasi  Le piante C 3 sintetizzano 3PG Rubisco può anche funzionare da ossigenasi Aggiunge O 2 a RuBP rilasciando infine CO 2  Fotorespirazione  Usando O 2 e liberando CO 2 è uno spreco Più probabile in ambienti caldi e secchi Favorita quando CO 2 è bassa e O 2 alto

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37 Piante C 4 Le piante C 4 generano un composto a 4 atomi di carbonio nel primo passaggio di fissazione del carbonio Via di Hatch-Slack le foglie hanno un’organizzazione a 2 strati cellulari  Cellule del mesofillo CO 2 entra per mezzo degli stomi e si forma il composto a 4 atomi di carbonio (PEP carbossilasi non promuove la fotorespirazine)  Cellule della guaina del fascio Il composto a 4 atomi di carbonio trasferito, rappresenta una fornitura costante di CO 2

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39 In climi caldi e secchi le piante C 4 hanno il vantaggio di conservare l’acqua ed impedire la fotorespirazione In climi più freddi, le piante C 3 utilizzano meno energia per fissare CO 2  90% delle piante sono C 3

40 Piante CAM Alcune piante C 4 separano nel tempo i due processi Metabolismo dell’acido crassulaceo Le piante CAM aprono I loro stomi durante la notte CO 2 entra ed è convertita in malato Gli stomi si chiudono durante il giorno per conservare acqua Malato è scisso in CO 2 per iniziare il ciclo di Calvin


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