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La fotosintesi Lic. classicoD.A. Azuni - Sassari Prof. Paolo Abis Prof. Paolo Abis.

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Presentazione sul tema: "La fotosintesi Lic. classicoD.A. Azuni - Sassari Prof. Paolo Abis Prof. Paolo Abis."— Transcript della presentazione:

1 La fotosintesi Lic. classicoD.A. Azuni - Sassari Prof. Paolo Abis Prof. Paolo Abis

2 Le trasformazioni, orientate alla produzione di materia organica, subite dall'acqua e dall'anidride carbonica sono processi che non avvengono spontaneamente, ma hanno bisogno di un notevole apporto di energia dall'esterno per poter essere svolti (si parla, in questo caso, di reazioni "endoergoniche"). La luce del Sole, catturata dai pigmenti fotosintetici, fornisce l'energia necessaria ad alimentare l'intera serie di reazioni chimiche.

3 La reazione complessiva della fotosintesi può essere così riassunta: 6 CO H 2 O => C 6 (H 2 O) O 2 Glucosio Radiazione solare Energia luminosa => En. Chimica

4 La fotosintesi è un processo redox, come la respirazione cellulare Nella fotosintesi lH 2 O viene ossidata e la CO 2 viene ridotta. Riduzione Ossidazione 6 O 2 6 H 2 O Riduzione Ossidazione 6 O 2 6 CO 2 6 H 2 OC 6 H 12 O 6 C 6 H 12 O 6 6 CO 2

5 La foglia

6 Epidermide superiore Epidermide inferiore Parenchima clorofillico Vasi di trasporto

7 La foglia Epidermide superiore Epidermide inferiore Stoma Parenchima clorofillico Vasi di trasporto

8 Gli stomi Le uniche cellule dell'epidermide ricche di cloroplasti (e quindi in grado di svolgere la fotosintesi) sono proprio le "cellule di guardia" degli stomi. Tutte le altre cellule epidermiche sono trasparenti alla luce, che le attraversa per andare a colpire i tessuti sottostanti, i clorenchimi, innescando la prima fase della fotosintesi.

9 I cloroplasti

10 Doppia membrana esterna Serie di membrane interne sovrapposte e collegate fra loro in modo da ottenere il massimo sviluppo di area superficiale: sono le membrane fotosintetiche, quelle in cui si trovano "ancorati" i pigmenti destinati a catturare la luce solare. Vescicole, o sacchetti (tilacoidi), alcuni dei quali impilati gli uni sugli altri in strutture simili ad ammassi (grana) I grana sono collegati tra loro da altre membrane con struttura lamellare (intergrana). I tilacoidi sono immersi in una soluzione (stroma), caratterizzata da un alto contenuto di proteine (specialmente enzimi, tra i quali quelli destinati a formare i carboidrati). I cloroplasti

11 La clorofilla La molecola della clorofilla è caratterizzata da un "nucleo porfirinico" formato da quattro anelli pirrolici, un atomo di magnesio (Mg) e numerosi doppi legami coniugati. E' la parte evidenziata in verde, in quanto è responsabile dell'assorbimento di energia luminosa e, quindi, della colorazione verde della clorofilla stessa. Può essere paragonata a una vera e propria antenna ricevente.

12 Il processo di fotosintesi è molto articolato e riunisce una lunga serie di reazioni complesse, suddivise in fase luminosa e in fase oscura.

13 Le reazioni luminose trasformano lenergia luminosa in energia chimica, liberando ossigeno gassoso (O2). Il ciclo di Calvin assembla molecole di zucchero a partire da CO2 usando ATP e NADPH prodotti dalle reazioni luminose. Luce CO 2 H2OH2O Cloroplasto REAZIONI LUMINOSE (nei grani) CICLO DI CALVIN (nello stroma) NADP + ADP +P ATP NADPH O Zucchero Elettroni

14 Le radiazioni della luce visibile attivano le reazioni della fase luminosa La luce solare è energia elettromagnetica, che viaggia nello spazio sotto forma di onde regolari. Aumento di energia 10 –5 nm10 –3 nm 1 nm 10 3 nm10 6 nm 1 m 10 3 m Raggi gamma Raggi XUVInfrarossi Microonde Onde radio Luce visibile nm Lunghezza donda della luce (nm) 380

15 Luce che attraversa il cloroplasto Luce assorbita Luce riflessa Luce Cloroplasto Nelle membrane dei grani, i pigmenti assorbono principalmente le lunghezze donda blu-violetto e rosso-arancione. Le lunghezze donde verde, che vengono riflesse, sono quelle che conferiscono il colore alle foglie.

16 I fotosistemi catturano lenergia solare Le membrane dei tilacoidi contengono strutture complesse, i fotosistemi, che assorbono lenergia luminosa che eccita gli elettroni.

17 Ogni fotosistema è composto da: COMPLESSI DI PIGMENTI che catturano la luce (clorofilla a, clorofilla b e carotenoidi); UN CENTRO DI REAZIONE con una molecola di clorofilla a e un accettore primario di elettroni che riceve lelettrone eccitato dalla clorofilla a del centro di reazione.

18 Contenuto energetico degli elettroni Fotone Stato eccitato Calore Fotone (fluorescenza) Stato fondamentale Molecola di clorofilla e–e– In una molecola di clorofilla isolata, un elettrone eccitato dalla luce torna allo stato fondamentale, emettendo luce e calore.

19 Una molecola di clorofilla allinterno di un fotosistema cede i propri elettroni eccitati alle molecole vicine prima che essi tornino allo stato fondamentale Fotosistema Complesso antenna Centro di reazione Accettore primario di elettroni e–e– Alla catena di trasporto degli elettroni Pigmenti Clorofilla a Trasferimento di energia Fotone Membrana del tilacoide

20 e-e- Alla catena di trasporto degli elettroni Fotone Centro di reazione Clorofilla a

21 Gli elettroni eccitati vengono catturati dallaccettore primario e passati da questo alla catena di trasporto degli elettroni. Compatimento interno del tilacoide Fotone Stroma Membrana del tolacoide 1 Fotosistema II e–e– P680 2 H2OH2O O2O2 H+H+ 3 ATPCatena di trasporto degli elettroni Fornisce energia per la sintesi di 4 Fotosistema I Fotone P700 e–e– 5 + NADP + H+H+ NADPH 6

22 Nella fase luminosa, la sintesi di ATP avviene per chemiosmosi –La catena di trasporto degli elettroni trasporta in modo attivo ioni H + attraverso la membrana del tilacoide, dallo stroma al compartimento interno del tilacoide. –Gli ioni H + possono poi tornare indietro diffondendo attraverso la membrana, sfruttando lenergia generata dal gradiente di concentrazione. –La diffusione indietro degli ioni H + attraverso la membrana tramite le molecole di ATP sintetasi, fornisce lenergia per la fosforilazione dellADP e la produzione di ATP (fotofosforilazione).

23 Cloroplasto Stroma (bassa concentrazione di H + ) Luce NADP + + H+H+ NADPH H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ ATP P ADP + Membrana del tilacoide H2OH2O 1 2 O2O2 2 H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ Fotosistema II Catena di trasporto degli elettroni Fotosistema I ATP sintetasi Compartimento del tilacoide (concentrazione elevata di H + ) + La sintesi chemiosmotica di ATP durante la fase luminosa della fotosintesi:

24 Nella fase luminosa i pigmenti fotosintetici assorbono l'energia radiante del sole e la trasformano in energia chimica (sotto forma di legami fosfato nelle molecole di ATP e come potere riducente nel NADPH). Fase luce dipendente In questa fase avviene la scissione dell acqua (Fotolisi). l'idrogeno dell'acqua viene legato al NADP+ che si trasforma in NADPH lO2 viene rilasciato come sottoprodotto.

25 Fase luce dipendente Riassumendo: Si genera un flusso di elettroni lungo i fotosistemi (acqua-PS2-PS1-NADPH) Vi è produzione di ATP e di NADPH Viene liberato ossigeno gassoso come scarto

26 Nella fase oscura l'ATP e il NADPH, formati nella prima fase, riducono l'anidride carbonica utilizzandola per sintetizzare i carboidrati. Ciclo di Calvin Queste molecole nel ciclo di Calvin vengono poi combinate utilizzando l'anidride carbonica ricavata dall'aria per costruire zuccheri a tre atomi di carbonio e lenergia viene trasformata in energia chimica accumulata negli zuccheri. Queste molecole nel ciclo di Calvin vengono poi combinate utilizzando l'anidride carbonica ricavata dall'aria per costruire zuccheri a tre atomi di carbonio e lenergia viene trasformata in energia chimica accumulata negli zuccheri. fosfogliceraldeide Entrano: CO 2 ATP NADPH CICLO DI CALVIN G3PEsce: Glucosio e altri composti

27 Una visione dinsieme: la fotosintesi utilizza lenergia luminosa per costruire molecole organiche Luce H2OH2OCO 2 NADP + Fotosistema II Fotosistema I CATENE DI TRASPORTO DEGLI ELETTRONI ADP P + RuDP CICLO DI CALVIN (nello stroma) 3-PGA Stroma G3P NADPH ATP O2O2 REAZIONI LUMINOSECICLO DI CALVIN Zucchero Respirazione cellulare Cellulosa Amido Altri composti organici Compartimento interno della tilacoide Cloroplasto

28 Le reazioni della fase oscura LA FISSAZIONE DEL CARBONIO Granuli di amido secondario di fagiolo

29 Come ha detto il premio Nobel per la medicina Albert Szent-Gyorgyi ( ): "Ciò che sostiene la vita... è una piccola corrente elettrica mantenuta dalla luce del Sole",

30 Influenza sullambiente Il fatto che la superficie della Terra (a differenza di quel che accade negli altri pianeti del Sistema Solare) sia un luogo tanto adatto per il manifestarsi delle innumerevoli forme di vita che ci circondano, si deve principalmente a due cause: 1. la presenza dell'acqua allo stato liquido, 1. la presenza dell'acqua allo stato liquido, 2. la presenza dell'ossigeno nell'atmosfera. 2. la presenza dell'ossigeno nell'atmosfera.

31 Proprio la fotosintesi, svolta nel corso di centinaia di milioni di anni da piante e batteri fotosintetici, sarebbe responsabile delle trasformazioni che hanno portato l'atmosfera del nostro pianeta alla sua attuale composizione. Gli organismi fotosintetici avrebbero dunque trasformato radicalmente la nostra atmosfera, estraendo l'ossigeno gassoso dall'acqua e riducendo notevolmente la proporzione di anidride carbonica (oggi vicina allo 0,03%).

32 Bilancio dell'ossigeno

33 Fotosintesi ed ecosistemi La fotosintesi è alla base del flusso di energia negli ecosistemi. L'energia entra nell'ecosistema principalmente dal sole, attraversa la catena alimentare, e fuoriesce sotto forma di calore, materia organica e organismi prodotti. Attraverso il processo della fotosintesi gli organismi produttori (autotrofi) sono in grado di captare e utilizzare l'energia del sole per trasformare alcuni composti inorganici (CO 2 e H 2 O) in composti organici (Carboidrati).


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