Le fasi della fotosintesi |
Come tutti i processi energetici che avvengono nelle cellule, anche la fotosintesi procede per tappe successive. La prima fase, detta luminosa, richiede la presenza di luce, mentre la seconda è indipendente dalla luminosità, ed è per questo chiamata oscura; richiede però la presenza dei prodotti della fase luminosa.
Fase luminosa |
La fase luminosa è il momento in cui l'energia
solare viene catturata dai pigmenti fotosintetici e trasformata in energia
chimica.
Per poter avvenire devono essere presenti questi
fattori:
- acqua - proveniente dalle radici
- pigmenti fotosintetici - sono le molecole responsabili della cattura dell'energia luminosa e della sua conversione in energia chimica; presenti nei grani dei cloroplasti o sulle membrane delle cellule procariote, organizzati in fotosistemi, cioè raggruppamenti di numerosi pigmenti attorno ad una molecola di clorofilla principale
- trasportatori di energia, ADP + P(i) e trasportatori di elettroni e idrogeni, NADP - presenti nello stroma del cloroplasto o nel citoplasma dei procarioti
Nel disegno sottostante è schematizzato il flusso di elettroni che genera energia chimica.
NB: i valori 680 e 700 presenti nel disegno indicano la lunghezza d'onda, in nanometri, che viene assorbita dalla molecola di clorofilla principale del fotosistema
La luce che colpisce i pigmenti del PS2 (fotosistema 2) eccita un e- della clorofilla e lo sposta su un livello energetico più alto. Questo elettrone viene catturato da una serie di trasportatori che lo indirizzano al fotosistema 1 (PS1); durante questo passaggio esoergonico si forma ATP. Il PS1, anche lui colpito dalle radiazioni luminose, eccita un e- della clorofilla che viene catturato da altri trasportatori ed è utilizzato per legare H+ al trasportatore NADP che si trasforma in NADPH. A questo punto nel flusso di elettroni è rimasta una lacuna nel PS2; questa viene compensata con la fotolisi dell'acqua. Una molecola d'acqua viene demolita in O2, ioni idrogeno ed elettroni: l'ossigeno viene scartato nell'atmosfera, gli idrogeni verranno legati all'NADP e gli elettroni vengono restituiti alla clorofilla del PS2.
Riassumiamo:
- c'è un flusso di elettroni lungo i fotosistemi (acqua-PS2-PS1-NADPH)
- c'è produzione di ATP e di NADPH
- C'è liberazione di ossigeno gassoso come scarto
Fase oscura |
La seconda fase della fotosintesi viene chiamata fase oscura in quanto è indipendente dalla luce: le occorrono però i prodotti della fase luminosa.
Ecco di cosa ha bisogno una cellula autotrofa:
- anidride carbonica - viene prelevata dall'atmosfera
- ATP ed NADPH - prodotti della fase luminosa
- precursori del Ciclo di Calvin - presenti nello stroma del cloroplasto o nel citoplasma dei procarioti
Il ciclo di Calvin, citato precedentemente, è
il ciclo di reazioni che trasformano CO2, ATP e NADPH in glucosio. Si
tratta di una sequenza di reazioni cicliche che, dopo un certo numero di cicli,
ottengono come risultato la produzione di una molecola di glucosio, al cui
interno è conservata l'energia chimica raccolta nella fase luminosa.
Bilancio finale |
La fotosintesi si può essere riassunta dalla seguente formula:
6 CO2 + 6 H2O + luce g C6H12O6 + 6 O2
Gli organismi autotrofi riescono in questo modo a prodursi da soli l'ATP necessario ai propri processi metabolici, utilizzando sostanze inorganiche semplici e una fonte di energia esterna, costruendo una molecola ad alto contenuto energetico, il glucosio.
Questa molecola potrà essere utilizzata immediatamente come sostanza energetica, potrà essere conservata sotto forma di polimeri oppure convertita, attraverso complesse vie anaboliche, in amminoacidi o acidi grassi.