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

Ruolo della luce 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 CO2 caricati su trasportatori temporanei (NADP) partecipano al ciclo di Calvin e viene sintetizzato glucosio

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 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 CO2 e l’idrogeno strappato alle molecole di acqua grano spazio intermembrane membrana tilacoide lume del interna esterna grano stroma tilacoide

I fotosistemi fotosistema: riceve Esol ed espelle Eelettr 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 Fotosistema inserito nella membrana Grano, insieme di tilacoidi Membrana tilacoide

la clorofilla 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 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

FASE LUMINOSA: il ruolo della luce La luce colpisce i fotosistemi II e I 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 CO2 molecole clorofilla fotosistema

fase luminosa: meccanismo fotolisi di H2O nel tilacoide rientro di H+ con attivazione di ATPsintetasi H+ pompati attraverso la membrana

fotolisi : il ruolo dell’acqua H O O e- H H+ Alcune molecole di acqua sono dissociate in ioni ossidrile OH- e in ioni H+, o protoni una proteina strappa gli elettroni agli ioni OH- gli elettroni ricaricano il fotosistema II i radicali OH, instabili, reagiscono tra loro e ridanno molecole di acqua e ossigeno O2

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 fotolisi ATP sintetasi Fotosistema II Fotosistema I

e— e H+ energia per la riduzione di CO2 3 2 e- fotosistema luce molecole clorofilla cloroplasto membrana esterna interna grano 1 O e- H H+ 2 ciclo Calvin elettroni Protoni H+ Ioni ossidrile OH-

Trasformazione energia luminosa in ATP Rottura molecola acqua rilascio ossigeno O2 Energia degli elettroni Catena di trasporto elettroni flusso elettroni fornisce energia per sintesi Catena di trasporto elettroni luce elettroni e H+ per riduzione C ciclo Calvin

la sintesi dell’ATP 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 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 H2O vengono avviati al ciclo di Calvin, caricati sui trasportatori NADP+ membrana tilacoide spazio nel ATP sintetasi verso il ciclo di Calvin riduzione del C luce Fotosistema Catena trasporto e–

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

fase luminosa e fase oscura luce acqua reazioni dipendenti dalla luce rilascio di ossigeno indipendenti glucosio nuove molecole H2O

assorbimento della luce e pigmenti lunghezza d’onda in nm (nanometro= 10-9) assorbimento della luce da parte dei pigmenti

CICLO DI CALVIN Serie di reazioni cicliche che portano alla organicazione del carbonio della CO2 con gli elettroni e i protoni scaricati dal NADPH e con l’energia accumulata nell’ATP della fase luminosa CO2 ATP NADPH Ciclo Calvin G3P 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 Glucosio Fruttosio Lipidi ….

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

C4 & CAM. Two alternative methods of photosynthesis have evolved to compensate for photorespiration (C4 and CAM metabolism) Both resolve low CO2 concentration by using different enzymes to fix CO2. These have greater affinity for CO2 then Rubisco(enzima che lega l’anidride carbonica a un composto a 4 C). These enzymes store CO2 in 4-C molecules. C4 plants transport the 4-C molecules to specialized cells (bundle sheath cells) where the CO2 is released in high concentration. Rubisco and the Calvin cycle then take effect. CAM plants fix the CO2 during the night when they'd lose little H2O, 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.