TRASFORMAZIONI ENERGETICHE NELLA CELLULA. PARTE 2 - CATTURARE L'ENERGIA DEL SOLE.

L’enorme energia prodotta dalle reazioni nucleari all'interno del Sole percorre la distanza che separa la nostra stella dalla Terra in 8 minuti circa.

Dell'energia emessa solo una parte è utilizzabile: puoi dare una occhiata al bilancio energetico della Terra al seguente link: http://www.progettogea.com/gea/energia/ES05-terra.htm

Una parte dell'energia che arriva sulla terra, circa il 4%, è utilizzata dai vegetali per compiere la fotosintesi clorofilliana.

⇒ LA FOTOSINTESI CLOROFILLIANA

La fotosintesi clorofilliana consente l’utilizzo di sostanze inorganiche semplici come l’acqua e il biossido di carbonio per la costruzione di molecole organiche complesse come il glucosio ed è l’unico sistema in grado di trasformare direttamente l’energia trasportata dalla radiazione solare in energia chimica.

6 CO2 + 6 H2O + LUCE    ➞    C6H12O6 + 6 O2

Il meccanismo attraverso il quale di compie la fotosintesi è stato chiarito nel corso del ventesimo secolo e può essere diviso in due fasi distinte: la fase luminosa e la fase oscura.
Durante la fase luminosa vi è produzione di energia chimica a partire da quella solare mentre durante la fase oscura vi è produzione di glucosio a partire dall'energia chimica accumulata in precedenza. Queste serie di reazioni chimiche avviene all'interno di organelli cellulari chiamati ‘cloroplasti’; nelle piante i cloroplasti si trovano principalmente nelle foglie e nelle parti verdi dei giovani fusti. Ogni cloroplasto contiene un sistema di membrane in cui trovano posto le molecole di clorofilla, pigmento chiave per lo svolgimento del processo.

 

⇒ FASE LUMINOSA.

TABELLA SINTETICA FASE LUMINOSA
COSA SUCCEDE? DOVE AVVIENE?	FASE LUMINOSA: REAZIONI
·         Energia luminosa convertita in energia chimica (ATP e NADPH) ·         Idrolisi dell’acqua (fotolisi) e produzione di O2 ·         Compartimento: membrana e lume tilacoidale	2 H2O +2 NADP+ + n ADP + n Pi  →  O2 + 2 NADPH + n ATP + 2H+ 2 H2O + hᵥ   →   O2 + 4 H+ + 4 e- 2NADP+ + 4e- + 2H+  →   2NADPH ADP + P  →   ATP

Sulle membrane dei tilacoidi si trovano molecole di pigmenti (sostanze che appaiono colorate per effetto di un assorbimento selettivo della radiazione elettromagnetica visibile) che formano due strutture molecolari dette fotosistema I e fotosistema II. Oltre alla clorofilla, vi sono anche pigmenti accessori, per lo più ficobiline e carotenoidi. Ogni tipo di pigmento è in grado di assorbire una particolare lunghezza d'onda della luce.

I fotosistemi sono sistemi di pigmenti organizzati in modo tale da assorbire la radiazione luminosa e da trasferirla, tramite assorbimenti e riemissioni, ad una molecola di clorofilla a, detta centro di reazione del fotosistema. 
L’energia in questo modo si concentra (una sorta di imbuto energetico) ed è sufficiente per strappare un elettrone al centro di reazione provocando in questo modo una reazione chimica, l’ossidazione del centro di reazione che cede elettroni ad una molecola, detta accettore primario del fotosistema.

L’intera fase luminosa può essere rappresentata attraverso il cosiddetto schema a Z, riportato di seguito

Il processo porta alla dissociazione dell'acqua, che fornisce gli elettroni per trasportare l'energia catturata dal fotosistema,  genera protoni (H⁺) e ossigeno gassoso (O² ).

Il “Pearling” è il termine usato per descrivere le foglie che rilasciano ossigeno durante le ore di luce ed è un indicatore del tasso fotosintetico delle piante in crescita. In condizioni di illuminazione soffusa, è molto meno probabile che si vedano flussi significativi di bolle. L’aumento dell’intensità della luce (non della durata) e l’aumento dei livelli di CO 2 aumenteranno notevolmente l’attività del pearling. Più intensi sono i flussi di bolle, più veloce è il tasso di fotosintesi

Il meccanismo che associa la sintesi di ATP con il trasporto degli elettroni nei cloroplasti viene spiegato dall'ipotesi chemioosmotica di Mitchell (già vista nel processo di respirazione aerobica). 
La produzione di ATP è dovuta alla formazione di un gradiente di protoni (ioni H+ ) durante la fotosintesi. Alcune molecole (complesso citocromo-b6/citocromo-f) che partecipano al trasferimento degli elettroni da un fotosistema all'altro sono infatti in grado di pompare ioni H+ nel lume dei tilacoidi (pompe protoniche) il quale diventa più acido rispetto allo stroma del cloroplasto (formazione di un gradiente elettrochimico). 
La fotolisi dell’acqua che libera ioni H+ nel lume dei tilacoidi, contribuisce alla creazione del gradiente protonico. 
La sintesi di ATP avviene come conseguenza del ritorno dei protoni nello stroma, in risposta al gradiente generato, attraverso le ATP-sintetasi situate nelle membrane dei tilacoidi.



Al termine della fase luminosa, l'energia proveniente dal Sole è stata trasferita a molecole di ATP e di NADPH, che saranno ora utilizzate nella fase oscura per costruire glucosio.

La fase luminosa è ben descritta nel video fornito dal libro e che è disponibile al seguente link:
https://collezioni.scuola.zanichelli.it/lessons/3507104?share_token=Q9b3au56dsTxIpCAZR29ml3LDa4zVkW5


⇒ FASE OSCURA

TABELLA SINTETICA FASE OSCURA
COSA SUCCEDE? DOVE AVVIENE?	FASE OSCURA: REAZIONI
·         Energia chimica (ATP e NADPH) utilizzata per convertire la CO2 in G3P e poi in glucosio ·         Rifornimento di ADP, Pi e NADP+ ·         Compartimento: stroma dei cloroplasti	CO2 + 4 H+ → (CH2O) + H2O 6 CO2 + 6 H2O     C6H12O6 + 6 O2
	Formazione di uno scheletro carbonioso per la costruzione di molecole organiche.  Questa incorporazione dell’anidride carbonica in composti organici prende il nome di ORGANICAZIONE DEL CARBONIO.

http://www.raiscuola.rai.it/articoli/fotosintesi-la-fase-oscura-la-scienza-per-concetti/9091/default.aspx