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La sintesi dei composti organici del carbonio da parte degli organismi fotoautotrofi FOTOSINTESI.

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Presentazione sul tema: "La sintesi dei composti organici del carbonio da parte degli organismi fotoautotrofi FOTOSINTESI."— Transcript della presentazione:

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2 La sintesi dei composti organici del carbonio da parte degli organismi fotoautotrofi FOTOSINTESI

3 Ruolo della luce l’energia del sole viene utilizzata per spezzare le molecole di acqua l’energia del sole viene utilizzata per spezzare le molecole di acqua gli atomi di idrogeno (divisi in ioni H + ed elettroni e - ) vengono utilizzati per ridurre il carbonio della CO 2 gli atomi di idrogeno (divisi in ioni H + ed elettroni e - ) vengono utilizzati per ridurre il carbonio della CO 2 caricati su trasportatori temporanei (NADP) partecipano al ciclo di Calvin e viene sintetizzato glucosio caricati su trasportatori temporanei (NADP) partecipano al ciclo di Calvin e viene sintetizzato glucosio

4 la fotosintesi in breve processo che avviene nei cloroplasti, distinto in 2 fasi fase luminosa: è necessaria l’energia solare per promuoverla e le molecole di clorofilla per trasformare l’energia solare in energia “elettrica” fase luminosa: è necessaria l’energia solare per promuoverla e le molecole di clorofilla per trasformare l’energia solare in energia “elettrica” fase oscura: avviene all’interno del cloroplasto (in strutture dette grani), non necessita dell’energia solare, trasforma l’energia “elettrica” in energia chimica, cioè quella contenuta nei legami tra il carbonio della CO 2 e l’idrogeno strappato alle molecole di acqua fase oscura: avviene all’interno del cloroplasto (in strutture dette grani), non necessita dell’energia solare, trasforma l’energia “elettrica” in energia chimica, cioè quella contenuta nei legami tra il carbonio della CO 2 e l’idrogeno strappato alle molecole di acqua grano stroma tilacoide grano spazio intermembrane membrana tilacoide lume del tilacoide membrana interna membrana esterna

5 I fotosistemi Complesso fotoassorbente (circa 300 molecole di clorofilla e altri pigmenti, “molecole antenna”) Complesso fotoassorbente (circa 300 molecole di clorofilla e altri pigmenti, “molecole antenna”) Catena di trasporto degli elettroni carichi di energia lanciati dal centro reattivo (molecola di clorofilla che riceve l’energia dalle altre molecole) che servono per sintetizzare ATP (fotosforilazione) o NADPH, trasportatore di elettroni e protoni Catena di trasporto degli elettroni carichi di energia lanciati dal centro reattivo (molecola di clorofilla che riceve l’energia dalle altre molecole) che servono per sintetizzare ATP (fotosforilazione) o NADPH, trasportatore di elettroni e protoni Membrana tilacoide Fotosistema inserito nella membrana Grano, insieme di tilacoidi fotosistema: riceve E sol ed espelle E elettr

6 la clorofilla la molecola di clorofilla presenta un anello al cui centro si trova un atomo di magnesio (Mg) la molecola di clorofilla presenta un anello al cui centro si trova un atomo di magnesio (Mg) la clorofilla assorbe onde elettromagnetiche di lunghezza 660 nm (giallo-rossa) e 430 nm (blu- violetta) e riflette il verde la clorofilla assorbe onde elettromagnetiche di lunghezza 660 nm (giallo-rossa) e 430 nm (blu- violetta) e riflette il verde più molecole di clorofilla sono associate nei fotosistemi più molecole di clorofilla sono associate nei fotosistemi oltre alla clorofilla, ci sono altri pigmenti come i carotenoidi, che assorbono blu e verde, e le ficocianine, che assorbono verde e giallo oltre alla clorofilla, ci sono altri pigmenti come i carotenoidi, che assorbono blu e verde, e le ficocianine, che assorbono verde e giallo

7 FASE LUMINOSA: il ruolo della luce La luce colpisce i fotosistemi II e I La luce colpisce i fotosistemi II e I Gli atomi di magnesio della clorofilla espellono elettroni e - carichi dell’energia solare Gli atomi di magnesio della clorofilla espellono elettroni e - carichi dell’energia solare con questi elettroni viene compiuto nel cloroplasto il lavoro di riduzione del carbonio della CO 2 con questi elettroni viene compiuto nel cloroplasto il lavoro di riduzione del carbonio della CO 2 fotosistema molecole clorofilla e- luce

8 fase luminosa: meccanismo fotolisi di H 2 O nel tilacoide H + pompati attraverso la membrana rientro di H + con attivazione di ATPsintetasi

9 fotolisi : il ruolo dell’acqua Alcune molecole di acqua sono dissociate in ioni ossidrile OH - e in ioni H +, o protoni Alcune molecole di acqua sono dissociate in ioni ossidrile OH - e in ioni H +, o protoni una proteina strappa gli elettroni agli ioni OH - una proteina strappa gli elettroni agli ioni OH - gli elettroni ricaricano il fotosistema II gli elettroni ricaricano il fotosistema II i radicali OH, instabili, reagiscono tra loro e i radicali OH, instabili, reagiscono tra loro e ridanno molecole di acqua e ridanno molecole di acqua e ossigeno O 2 ossigeno O 2 H H O O H H H H O O H H Oe-Oe- H Oe-Oe- H Oe-Oe- H Oe-Oe- H H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ H H O O H H O O O O e-e- e-e- e-e- e-e- O H O H O H O H

10 riassunto fase luminosa L’energia luminosa viene trasformata prima in energia “elettrica” -spostamento di particelle cariche, elettroni e H + ricavati dalla fotolisi dell’acqua-, poi in energia chimica -un gruppo fosfato viene legato all’ADP per dare ATP- Luce solare Comparto del tilacoide Primo sistema di trasporto degli elettroni secondo sistema di trasporto degli elettroni fotolisi ATP sintetasi Fotosistema II Fotosistema I

11 e — e H + energia per la riduzione di CO 2 OOC 3 2 e-2 e- fotosistema luce molecole clorofilla cloroplasto membrana esterna membrana interna grano 1 Oe-Oe- H H+H+ Oe-Oe- H Oe-Oe- H Oe-Oe- H H+H+ H+H+ H+H+ e-e- e-e- e-e- e-e- 2 3 H H O O H H ciclo Calvin H H O O H H elettroni Protoni H + Ioni ossidrile OH -

12 Trasformazione energia luminosa in ATP Rottura molecola acqua  rilascio ossigeno O 2 Energia degli elettroni Catena di trasporto elettroni flusso elettroni fornisce energia per sintesi Catena di trasporto elettroni luce elettroni e H + per riduzione C luce ciclo Calvin

13 la sintesi dell’ATP gli ioni H + (dall’acqua)  accumulati nello spazio tra le membrane tilacoidi gli ioni H + (dall’acqua)  accumulati nello spazio tra le membrane tilacoidi gli elettroni (da ossidazione di OH – )  energia per il lavoro delle pompe H + gli elettroni (da ossidazione di OH – )  energia per il lavoro delle pompe H + gli ioni H + escono dagli spazi tilacoidi attraverso un canale che funge da ATP sintetasi  H + forniscono l’energia per la sintesi di ATP gli ioni H + escono dagli spazi tilacoidi attraverso un canale che funge da ATP sintetasi  H + forniscono l’energia per la sintesi di ATP gli elettroni e gli ioni H + provenienti dalla fotolisi di H 2 O vengono avviati al ciclo di Calvin, caricati sui trasportatori NADP + gli elettroni e gli ioni H + provenienti dalla fotolisi di H 2 O vengono avviati al ciclo di Calvin, caricati sui trasportatori NADP + membrana tilacoide spazio nel tilacoide ATP sintetasi verso il ciclo di Calvin  riduzione del C luce Fotosistema Catena trasporto e– luce

14 FOTOSINTESI: VISIONE D’INSIEME tilacoidi grano cloroplasto vacuolo fotone fotosistemi Pompe protoniche Interno tilacoide pH basso Stroma pH alto ATPsintetasi

15 fase luminosa e fase oscura luce acqua reazioni dipendenti dalla luce rilascio di ossigeno reazioni indipendenti dalla luce glucosio nuove molecole H 2 O

16 assorbimento della luce e pigmenti lunghezza d’onda in nm (nanometro= ) assorbimento della luce da parte dei pigmenti

17 CICLO DI CALVIN Tre cicli di Calvin completi producono una molecola 3 C –G3P acido 3fosfoglicerico- Le molecole G3P vengono “montate” nel citoplasma a glucosio e ad altri composti organici Serie di reazioni cicliche che portano alla organicazione del carbonio della CO 2 con gli elettroni e i protoni scaricati dal NADPH e con l’energia accumulata nell’ATP della fase luminosa CO 2 ATP NADPH Ciclo Calvin G3P Glucosio Fruttosio Lipidi ….

18 ciclo Calvin: reazioni RuBP  ribulosio difosfato PGA  fosfogliceraldeide Saccarosio Amido cellulosa Intermedio instabile

19 C4 & CAM. Two alternative methods of photosynthesis have evolved to compensate for photorespiration (C4 and CAM metabolism) Both resolve low CO 2 concentration by using different enzymes to fix CO 2. These have greater affinity for CO 2 then Rubisco(enzima che lega l’anidride carbonica a un composto a 4 C). These enzymes store CO 2 in 4-C molecules. C4 plants transport the 4-C molecules to specialized cells (bundle sheath cells) where the CO 2 is released in high concentration. Rubisco and the Calvin cycle then take effect. CAM plants fix the CO 2 during the night when they'd lose little H 2 O, and release it during the day Both methods are adaptations to hot dry climates. Many tropical grasses are C4 plants, and many epiphytes and desert plants are CAM plants.


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