Fotosintesi clorofilliana

Fotosintesi clorofilliana

Le piante sono capaci di sintetizzare sostanze organiche (zuccheri) a partire da sostanze inorganiche (anidride carbonica e acqua).

Biologia

Etichette

fotosintesi, fase luminosa, fase oscura, cloroplasto, processo catabolico, autotróf, foglia, luce, luce solare, ossigeno, materiale organico, anidride carbonica, glucosio, energia solare, acqua, destrosio, produzione di ossigeno, fissazione dell'anidride carbonica, membrana interna, grana, tilacoide, matrice, fotosistema II, fotosistema I, pigmenti fotosintetici, ATP, ATPasi, catena di trasporto degli elettroni, 3-fosfoglicerato, gliceraldeide 3-fosfato, ribulosio-1,5-bifosfato, trasformazione energetica, ciclo, fotone, gas atmosferici, carboidrato, Sole, metabolismo, pianta, biochimica, biologia, _javasolt

Extra correlati

Scene

Il principio della fotosintesi

  • CO₂ - È una molecola inorganica, da cui la pianta produce una molecola organica, cioè, lo zucchero. Le piante sono organismi autotrofi: sono in grado di convertire sostanze inorganiche in sostanze organiche. Gli organismi eterotrofi (animali e funghi), non sono capaci di questo.
  • O₂ - Viene rilasciato come sottoprodotto durante la fotosintesi. Sulla Terra, l'ossigeno necessario agli organismi eterotrofi è prodotto tramite la fotosintesi.
  • luce - Le sue particelle sono chiamate fotoni. Le piante usano l'energia dei fotoni per produrre zucchero organico a partire dall'anidride carbonica inorganica.
  • C₆H₁₂O₆ - Glucosio (noto anche come destrosio). Le piante lo producono dall'anidride carbonica utilizzando l'energia della luce.
  • H₂O - La pianta lo assorbe dal terreno. Durante la fotosintesi, le sue molecole si dividono in ossigeno, protoni (H +) ed elettroni (e⁻).

Struttura di una foglia

  • Fasci vascolari: Xilema - Trasporta acqua e sali minerali. Durante la fotosintesi, le molecole di acqua si dividono in ossigeno, protoni (H +) ed elettroni (e⁻).
  • Fasci vascolari: Floema - Trasporta materiali organici disciolti in acqua. Durante la fotosintesi gli zuccheri prodotti sono trasportati nelle altre parti della pianta dal floema.
  • stoma - L'anidride carbonica, necessaria per la fotosintesi che si svolge nel parenchima clorofilliano, entra nella foglia attraverso di essi. L'ossigeno prodotto viene rilasciato attraverso di essi. Le piante possono chiuderli al fine di evitare l'essiccazione per evaporazione.
  • parenchima clorofilliano - Le cellule contengono un gran numero di cloroplasti, in cui avviene la fotosintesi. Lo strato superiore è costituito da cellule allungate verticalmente, mentre lo strato inferiore ha una consistenza spugnosa.
  • epidermide - Consiste di uno strato di cellule. Le sue cellule (ad eccezione delle cellule di guardia degli stomi) non contengono cloroplasti. Serve a proteggere la pianta e, attraverso gli stomi, a mantenere il contatto con l'ambiente.

Fotosintesi

  • Fasci vascolari: Xilema - Trasporta acqua e sali minerali. Durante la fotosintesi, le molecole di acqua si dividono in ossigeno, protoni (H +) ed elettroni (e⁻).
  • Fasci vascolari: Floema - Trasporta materiali organici disciolti in acqua. Durante la fotosintesi gli zuccheri prodotti sano trasportati nelle altre parti della pianta dal floema.
  • stoma - L'anidride carbonica necessaria per la fotosintesi che si svolge nel parenchima clorofilliano entra nella foglia attraverso di essi. L'ossigeno prodotto viene rilasciato attraverso di essi. Le piante possono chiuderli al fine di evitare l'essiccazione per evaporazione.
  • cellula del parenchima clorofilliano - Contiene una grande quantità di cloroplasti, in cui avviene la fotosintesi.
  • CO₂ - È una molecola inorganica, da cui la pianta produce una molecola organica, cioè, lo zucchero. Le piante sono organismi autotrofi: sono in grado di convertire sostanze inorganiche in sostanze organiche. Gli organismi eterotrofi (animali e funghi), non sono capaci di questo.
  • O₂ - Viene rilasciato come sottoprodotto durante la fotosintesi. Sulla Terra, l'ossigeno necessario agli organismi eterotrofi è prodotto tramite la fotosintesi.
  • luce - Le sue particelle sono chiamate fotoni. Le piante usano l'energia dei fotoni per produrre zucchero organico a partire dall'anidride carbonica.
  • C₆H₁₂O₆ - Glucosio (noto anche come destrosio). Le piante lo producono dall'anidride carbonica utilizzando l'energia della luce.
  • H₂O - La pianta lo assorbe dal terreno. Durante la fotosintesi, le sue molecole si dividono in ossigeno, protoni (H +) ed elettroni (e⁻).

Cellula

  • apparato del Golgi - Ha un ruolo importante nella maturazione delle proteine.
  • reticolo endoplasmatico - È una rete complessa di membrane interconnesse all'interno delle cellule. Svolge un ruolo nella sintesi e nella maturazione delle proteine​​, nella sintesi dei lipidi e nella demolizione di alcuni materiali.
  • vescicola - All'interno della cellula le sostanze vengono trasportate da vescicole, piccole bollicine delimitate da una membrana. Il lisosoma è una vescica che svolge una funzione digestiva ed effettua la demolizione delle sostanze di rifiuto.
  • citoplasma
  • vacuolo - Piccola cavità contenente un liquido detto succo vacuolare. Ha un ruolo importante nella regolazione del turgore (pressione) cellulare, nell’immagazzinamento dei sali minerali e nella rimozione delle sostanze di rifiuto.
  • cloroplasto - Qui avviene la fotosintesi clorofilliana: le piante verdi producono zuccheri a partire da anidride carbonica in presenza di luce solare.
  • parete cellulare - È composta da fibre di cellulosa. Protegge la cellula e conferisce ai tessuti vegetali rigidità e capacità di mantenimento della forma.
  • nucleo - Contiene la cromatina costituita da DNA e da proteine. Le cellule animali, vegetali e quelle dei funghi sono cellule eucariotiche, cioè dotate di nucleo. Le cellule procariotiche (i batteri) sono cellule prive di nucleo, il loro DNA è sparso nel citoplasma.
  • membrana cellulare - Una membrana costituita da un doppio strato fosfolipidico che delimita la cellula.
  • citoscheletro - Svolge un ruolo fondamentale nei processi di posizionamento e movimento di organuli cellulari. Nelle cellule animali, che mancano di una parete cellulare rigida, contribuisce a mantenere la struttura e la forma della cellula.
  • mitocondrio - La centrale energetica della cellula: produce molecole ATP a partire da altre molecole organiche. L'ATP rappresenta il principale fornitore di energia della cellula.

Fase luminosa

  • cloroplasto - La fotosintesi (la produzione di glucosio a partire da anidride carbonica, utilizzando energia solare) si svolge qui. Ha una doppia membrana; la membrana interna contiene gli enzimi necessari per la fotosintesi.
  • membrana interna - I tilacoidi sono dischi membranosi che si formano per invaginazione della membrana interna. Essi contengono gli enzimi chiave della fase luminosa della fotosintesi. I tilacoidi formano pile chiamate grana.
  • grana
  • tilacoide
  • matrice
  • membrana tilacoidale - Contiene enzimi chiave della fase luminosa della fotosintesi.
  • parte interna del tilacoide
  • fotosistema II - È costituito da proteine e pigmenti che assorbono la luce. Il suo assorbimento massimo è di 680 nm. I suoi pigmenti sono clorofilla a, clorofilla b e xantofille. Il pigmento centrale nel suo centro di reazione è la clorofilla a. Quando la clorofilla assorbe un fotone, entra in uno stato eccitato e rilascia un elettrone, che entra nel sistema di trasporto degli elettroni.
  • fotosistema I - È costituito da proteine e pigmenti che assorbono la luce. Il suo massimo assorbimento è 700 nm. I suoi pigmenti sono clorofilla a, clorofilla b e carotene. Il pigmento centrale nel suo centro di reazione è la clorofilla a. Quando la clorofilla assorbe un fotone, entra in uno stato eccitato e rilascia un elettrone. Il fotosistema I sostituisce questo elettrone con quello accettato dalla catena di trasporto degli elettroni.
  • e-
  • H₂O - La pianta lo assorbe dal terreno. Durante la fotosintesi, le sue molecole si dividono in ossigeno, protoni (H +) ed elettroni (e⁻).
  • O
  • H+
  • O₂ - Viene rilasciato come sottoprodotto durante la fotosintesi. Sulla Terra, l'ossigeno necessario agli organismi eterotrofi è prodotto tramite la fotosintesi.
  • PQ - Plastoquinone. Trasporta elettroni emessi dal fotosistema II al complesso citocromico.
  • cit - Complesso citocromico. Vi sono proteine contenenti ferro in esso. Accetta elettroni dal complesso PQ e li trasferisce alla plastocianina. Nel frattempo, immette ioni idruro attraverso la membrana nel lume tilacoidale.
  • PC - Plastocianina. Accetta elettroni dal complesso del citocromo e li trasferisce al fotosistema I.
  • Fd - Ferredossina. Accetta elettroni dal fotosistema I e li trasferisce alla molecola FNR.
  • FNR - Ferredossina NADP reduttasi. Trasferisce elettroni tra ferredossina e NADP, cioè riduce il NADP.
  • fosfato
  • ADP
  • ATP - È formato dall'unione di ADP con un gruppo fosfato. È la principale molecola di energia delle cellule. Lo zucchero organico è prodotto da anidride carbonica inorganica, utilizzando ATP.
  • NADP - È ridotto a NADPH accettando un elettrone (e⁻) dal FNR e un protone (H +) attraverso l'ATPasi.
  • NADPH
  • ATPasi - Proteina enzimatica che produce ATP. I protoni (ioni H +) passano dal lato interno della membrana tilacoidale al lato esterno attraverso l'ATPasi. I protoni passano dall'interno verso l'esterno a causa dell'alta concentrazione del protone e della carica positiva in eccesso. Mentre passano attraverso l'ATPasi, viene rilasciata energia che viene utilizzata nella produzione di ATP.
  • catena di trasporto degli elettroni - Gli elettroni (e⁻) eccitati dal fotosistema II migrano verso il fotosistema I, attraverso la catena di trasporto degli elettroni. Intanto i protoni passano attraverso la membrana e si accumulano all'interno del tilacoide.
  • Forza motrice protonica

Fase oscura

  • ATP
  • ADP
  • NADPH
  • NADP
  • SC - Una molecola di zucchero contenente 5 molecole di carbonio (bisfosfato pentosio).
  • CO₂ - L'anidride carbonica è una molecola inorganica, da cui la pianta produce una molecola organica, cioè, lo zucchero. Aumenta il numero di atomi di carbonio di pentosio. L'enzima che catalizza la fissazione del carbonio (RuBisCo) è l'enzima chiave delle reazioni scure.
  • 3C
  • 3C - Una molecola contenente 3 atomi di carbonio (gliceraldeide-3-fosfato).
  • 6C (glucosio) - Il prodotto della fotosintesi; è formata da una molecola di zucchero con cinque atomi di carbonio e una molecola di anidride carbonica inorganica contenente 1 atomo di carbonio. La pianta utilizza glucosio nei suoi ulteriori processi metabolici per la sintesi di amido o nei suoi processi digestivi per la produzione di ATP.
  • Fissazione del CO₂, la produzione del trifosfato glicerolo - La reazione chiave della fase oscura. Qui, l'anidride carbonica inorganica è incorporata nella molecola di zucchero organico. L'essenza di processi autotrofi è che le sostanze organiche sono formate da materiale inorganico. Il numero di atomi di carbonio per molecola aumenta da 5 a 6; il risultato di questa reazione sono due molecole con tre atomi di carbonio acido glicerico-3-fosfato. Il catalizzatore di questa reazione è l'enzima RuBisCo.
  • Formazione del 1,3-bisfosfoglicerato - La molecola di acido glicerico-3-fosfato con tre atomi di carbonio viene convertita in una molecola di acido glicerico-1,3-difosfato, utilizzando ATP.
  • Formazione del gliceraldeide 3-fosfato - La molecola di glicerico acido 1,3-difosfato con tre atomi di carbonio viene convertita in una molecola di gliceraldeide-3-fosfato con tre atomi di carbonio. La reazione utilizza NADPH; la molecola rilascia fosfato inorganico. (Ciò non è mostrato nell'animazione, per semplicità).
  • Espulsione del gliceraldeide 3-fosfato dal ciclo - Una delle sei molecole di gliceraldeide-3-fosfato viene rilasciata dal ciclo e viene utilizzata dalla cellula nella formazione di glucosio.
  • Formazione del ribulosio-1,5-bifosfato - Le molecole di gliceraldeide-3-fosfato con tre atomi di carbonio vengono convertite in ribulosio-1,5-difosfato con cinque atomi di carbonio (un pentoso-bifosfato), in diverse fasi, in reazioni catalizzate da enzimi, con l'uso di ATP. Questa fase è chiamata anche rigenerazione ribulosio-1,5-bisfosfato. Il ciclo ricomincia.

Foglia artificiale

  • semiconduttore nitrico - È un semiconduttore economico e ampiamente utilizzato. Divide le molecole d'acqua utilizzando l'energia della luce, il che è l'equivalente della fase luminosa della fotosintesi.
  • catalizzatore metallico - Catalizza la riduzione dell'anidride carbonica, il che corrisponde alla fase oscura della fotosintesi. Produce materiale organico (acido formico) da anidride carbonica.
  • H₂O
  • O₂
  • H+
  • e-
  • CO₂
  • HCOOH (acido formico)

Animazione

Narrazione

Durante la fotosintesi le piante producono materiale organico, il glucosio, da materiale inorganico, anidride carbonica, utilizzando l'energia della luce. In questo processo si produce anche ossigeno.

La fotosintesi avviene nelle parti verdi delle piante, cioè nelle foglie, e spesso nello stelo morbido. Il colore verde delle piante deriva dalla grande quantità di cloroplasti nelle cellule del parenchima clorofilliano. Questi cloroplasti sono la sede dove avviene la fotosintesi.

I cloroplasti hanno una doppia membrana. La membrana interna forma i tilacoidi discoidali, che formano strutture membranose impilate dette grana. La membrana tilacoidale contiene gli enzimi chiave per la fase luminosa della fotosintesi.

I più importanti di questi sono i due fotosistemi e la catena di trasporto degli elettroni tra i fotosistemi stessi.
I fotosistemi contengono pigmenti, legati alle proteine, che assorbono la luce, tra i quali il più importante è la clorofilla.
Le molecole centrali di clorofilla A del fotosistema II vengono eccitate dai fotoni e rilasciano elettroni, che entrano nella catena di trasporto degli elettroni. La clorofilla ossidata, deficiente di elettroni, sostituisce i suoi elettroni mancanti mediante scissione di molecole d'acqua. Gli atomi di ossigeno nelle molecole di acqua si combinano per formare ossigeno molecolare, mentre i protoni si accumulano all'interno della membrana.

Il primo membro della catena di trasporto degli elettroni è il plastochinone, che trasferisce gli elettroni al complesso citocromo. Il citocromo è una proteina contenente ferro, che trasferisce elettroni alla plastocianina mentre spinge più protoni nel lume tilacoidale.
Gli elettroni vengono trasferiti al fotosistema I dalla catena di trasporto degli elettroni. La molecola centrale di clorofilla è in uno stato di deficienza da elettroni, poiché li ha già rilasciati quando è stata eccitata dai fotoni. Gli elettroni vengono poi trasferiti alla ferredossina NADP reduttasi da molecole di ferredossina.

Nella fase luminosa i protoni si accumulano sulla parte interna, cioè la concentrazione di protoni dei tilacoidi aumenta e quindi risulta caricata positivamente. Questo crea una forza tendente verso l'esterno. I protoni passano verso l'esterno attraverso l'ATPasi, mentre l'energia viene rilasciata, poiché il sistema passa ad un livello energetico inferiore, da uno stato superiore di energia, a causa dell'equalizzazione di carica e di concentrazione. L'energia rilasciata viene utilizzata nella produzione di ATP. I protoni e gli elettroni rilasciati sono accettati dal NADP, che si trasforma in NADPH.
Per riassumere, l'energia dei fotoni provoca una disuguale distribuzione di protoni. Questo crea una forza motrice, che viene utilizzata per la produzione di ATP.

Le reazioni della fase oscura sono indipendenti dalla luce. In questa fase l'anidride carbonica viene incorporata in un composto organico utilizzando l'energia dell'ATP e gli ioni di idrogeno del NADPH prodotto nella fase luminosa.
Si inizia con 3 molecole di zucchero che hanno 15 atomi di carbonio complessivamente.

Una proteina enzimatica incorpora una molecola di anidride carbonica in ciascuna molecola di zucchero, mentre i prodotti si dividono vengono formate 6 molecole con 3 atomi di carbonio, per un totale di 18 atomi di carbonio. Poi, usando un NADPH e un ATP per ogni molecola, si formano 6 molecole di gliceraldeide-3-fosfate. Una di queste chiude il ciclo, mentre le altre si convertono di nuovo in 3 molecole di zucchero a cinque atomi di carbonio utilizzando 3 ATP, e il ciclo ricomincia.

Cioè, utilizzando ATP e NADPH prodotto nella fase luminosa, viene prodotta una molecola con tre atomi di carbonio in questo ciclo. I due cicli producono 2 molecole con tre atomi di carbonio, che si collegano e formano una molecola di glucosio con 6 atomi di carbonio. La pianta utilizza glucosio nei suoi ulteriori processi metabolici per la sintesi di amido o nei processi catabolici per la produzione di ATP.

Sono stati condotti esperimenti al fine di creare sistemi artificiali che imitino la fotosintesi. In una foglia artificiale le reazioni della fase luminosa e le reazioni della fase oscura avvengono in due recipienti separati. Le reazioni luminose avvengono in un semiconduttore di nitruro, che decompone l'acqua quando esposto alla luce.

L'ossigeno viene rilasciato sotto forma di bolle, mentre i protoni e gli elettroni vengono trasferiti nell'altro recipiente, attraverso un filo conduttore. Questo vaso è il sito delle reazioni della fase oscura. Qui un catalizzatore metallico è usato per produrre acido formico da anidride carbonica e acqua. Questo sistema consente di utilizzare l'energia della luce solare, e può essere utile anche per ridurre il contenuto di anidride carbonica dell'atmosfera, che contribuirebbe così a ridurre l'effetto serra e il riscaldamento globale.

Extra correlati

Cellule animali e vegetali, organuli cellulari

All'interno della cellula eucariotica sono presenti vari organuli cellulari.

Ciclo dell’ossigeno

Il ciclo dell'ossigeno descrive il movimento dell'ossigeno tra l'atmosfera, la biosfera e la litosfera.

Clorofilla

La clorofilla è il pigmento verde presente nelle piante che svolge un ruolo importante nella fotosintesi.

Effetto serra

L'aumento dell'effetto serra dovuto alle attività umane conduce al riscaldamento globale.

Attività enzimatica

Gli enzimi sono molecole proteiche che catalizzano le reazioni biochimiche. L'attività enzimatica è regolabile.

Inquinamento atmosferico

L'animazione presenta le principali fonti di inquinamento atmosferico: l'inquinamento di origine agricola, industriale e urbana.

Processi di trasporto cellulare

L'animazione presenta i processi di trasporto che si svolgono attraverso la membrana cellulare.

ADP, ATP

L'ATP è la principale fonte di energia delle cellule.

Amoeba proteus

Organismo unicellulare eterotrofo caratterizzato dalla variabilità della forma.

Anatomia della foglia

L'animazione presenta i principali tipi di foglie e le differenze tra le foglie delle monocotiledoni e delle dicotiledoni.

Ciclo del carbonio

Il carbonio durante la fotosintesi viene legato in un composto organico e durante la respirazione viene rilasciato nell'atmosfera.

Deforestazione

La deforestazione ha un impatto negativo sull'ambiente.

Fiore

L'animazione presenta l'anatomia di un fiore tipico.

Il seme e la germinazione

I semi dicotiledoni possiedono due cotiledoni (foglie embrionali), mentre i semi monocotiledoni possiedono un solo cotiledone.

Il Sole

Il diametro del Sole è circa 109 volte più grande di quello della Terra. Il Sole è costituito principalmente da idrogeno.

Nicchia

La nicchia è un termine che indica la posizione di una specie o di una popolazione all'interno di un ecosistema.

Organi vegetativi delle piante

Gli organi vegetativi sono vitali sia per la sopravvivenza che per lo sviluppo delle piante.

Ossigeno (O₂) (livello intermedio)

L'elemento più frequente della Terra che è indispensabile per la vita.

Tensione superficiale

La tensione superficiale è la tendenza dei liquidi ad assumere la forma con la minor superficie possibile.

Confronto tra monocotiledoni e dicotiledoni

Le angiosperme sono divise nelle due classi delle monocotiledoni e delle dicotiledoni.

Euglena viridis

Eucariota unicellulare che vive in acque dolci. È un organismo mixotrofo, cioè sia autotrofo sia eterotrofo.

Added to your cart.