Fotosintesi: cos'è, definizione, fase

Il processo organico più importante, senza il quale l'esistenza di tutti gli esseri viventi del nostro pianeta sarebbe in questione, è la fotosintesi. Cos'è la fotosintesi? noto a tutti da scuola. In parole povere, questo è il processo di formazione di sostanze organiche dal diossido di carbonio e dall'acqua, che si verifica alla luce ed è accompagnato dal rilascio di ossigeno. Una definizione più complessa è la seguente: fotosintesi: il processo di conversione dell'energia luminosa in energia di legami chimici di sostanze organiche con la partecipazione di pigmenti fotosintetici. Nella pratica moderna, la fotosintesi è generalmente intesa come un insieme di processi di assorbimento, sintesi e uso della luce in una serie di reazioni endergoniche, una delle quali è la conversione del biossido di carbonio in materia organica. E ora scopriamo più in dettaglio come procede la fotosintesi e in quali fasi questo processo è diviso!

Caratteristiche generali

I cloroplasti che ogni pianta ha sono responsabili della fotosintesi. Cosa sono i cloroplasti? Questi sono plastidi ovali contenenti pigmenti come la clorofilla. È la clorofilla che determina il colore verde delle piante. Nelle alghe, questo pigmento è presente nella composizione del cromatoforo - pigmento contenente cellule riflettenti della luce di varie forme. Alghe brune e rosse, che vivono a profondità considerevoli, dove la luce solare non sta bene, hanno altri pigmenti.

Le sostanze di fotosintesi sono parte di autotrofi - organismi che possono sintetizzare da le sostanze inorganiche sono organiche. Sono il livello più basso della piramide alimentare, quindi sono inclusi nella dieta di tutti gli organismi viventi del pianeta Terra.

I benefici della fotosintesi

Perché abbiamo bisogno della fotosintesi? L'ossigeno, che viene rilasciato dalle piante durante la fotosintesi, entra nell'atmosfera. Aumentando nei suoi strati superiori, forma l'ozono, che protegge la superficie terrestre dalle forti radiazioni solari. È grazie allo schermo dell'ozono che gli organismi viventi possono essere comodamente sulla terra. Inoltre, come sai, l'ossigeno è necessario per la respirazione degli organismi viventi.

Il processo

Tutto inizia con il fatto che la luce entra nei cloroplasti. Sotto la sua influenza, gli organelli assorbono l'acqua dal terreno e la dividono in idrogeno e ossigeno. Quindi, ci sono due processi. La fotosintesi delle piante inizia nel momento in cui le foglie hanno già assorbito acqua e anidride carbonica. L'energia luminosa si accumula nei thylakoidi - speciali compartimenti di cloroplasti e divide la molecola d'acqua in due componenti. Parte dell'ossigeno va alla respirazione della pianta e il resto all'atmosfera.

poi anidride carbonica entra nei pirenoidi - granuli proteici, circondati dall'amido. Ecco che arriva l'idrogeno. Mescolando tra loro, queste sostanze formano lo zucchero. Questa reazione avviene anche con il rilascio di ossigeno. Quando zucchero (nome generico carboidrati semplici) mescolato con azoto, zolfo e fosforo, entrando nella pianta dal terreno, si formano amido (carboidrati complessi), proteine, grassi, vitamine e altre sostanze necessarie per la vita vegetale. Nella stragrande maggioranza dei casi, la fotosintesi si verifica in condizioni di luce naturale. Tuttavia, l'illuminazione artificiale può anche parteciparvi.

Classi di fotosintesi

Fino agli anni '60 del XX secolo, un meccanismo di riduzione del biossido di carbonio era noto alla scienza - lungo la via del ₃ -pentozofosfato. Recentemente, scienziati australiani hanno dimostrato che in alcune specie di piante questo processo può procedere attraverso il ciclo degli acidi C ₄ -dicarbossilici.

Nelle piante che riducono il biossido di carbonio lungo i percorsi C ₃ , la fotosintesi si svolge soprattutto a temperature moderate e scarsa illuminazione, in foreste o luoghi bui. Queste piante includono la parte del leone di piante coltivate e quasi tutte le verdure che costituiscono la base della nostra dieta.

Nella seconda classe di piante, la fotosintesi procede più attivamente in condizioni di alta temperatura e illuminazione elevata. Questo gruppo comprende piante che crescono in climi tropicali e caldi, ad esempio mais, canna da zucchero, sorgo e così via.

Il metabolismo delle piante, tra l'altro, è stato scoperto molto recentemente. Gli scienziati hanno scoperto che alcune piante hanno tessuti speciali per conservare l'acqua. L'anidride carbonica da loro si accumula sotto forma di acidi organici e va in carboidrati solo dopo 24 ore. Questo meccanismo offre alle piante l'opportunità di risparmiare acqua.

Come sta andando il processo?

Sappiamo già in termini generali come procede il processo di fotosintesi e che tipo di fotosintesi avviene, ora diamo un'occhiata più approfondita.

Tutto inizia con il fatto che la pianta assorbe la luce. In questo è assistita dalla clorofilla, che sotto forma di cloroplasti si trova nelle foglie, nei gambi e nei frutti della pianta. La quantità principale di questa sostanza è concentrata nelle foglie. Il fatto è che, grazie alla sua struttura piatta, il foglio attrae molta luce. E più luce, più energia per la fotosintesi. Quindi, le foglie nella pianta agiscono come una specie di localizzatori che catturano la luce.

Quando la luce viene assorbita, la clorofilla si trova in uno stato eccitato. Trasferisce energia ad altri organi vegetali coinvolti nella fase successiva della fotosintesi. Il secondo stadio del processo procede senza la partecipazione della luce e consiste in una reazione chimica con la partecipazione di acqua ottenuta dal suolo e anidride carbonica ottenuta dall'aria. In questa fase, i carboidrati sono sintetizzati, che sono essenziali per la vita di qualsiasi organismo. In questo caso, non solo nutrono la pianta stessa, ma vengono trasmessi agli animali che la mangiano. Le persone ricevono anche queste sostanze consumando prodotti di origine vegetale o animale.

Fasi del processo

Essendo un processo piuttosto complicato, la fotosintesi è divisa in due fasi: chiaro e scuro. Come suggerisce il nome, per la prima fase, la presenza della radiazione solare è obbligatoria e per la seconda no. Durante la fase di luce, la clorofilla assorbe un quantum di luce, formando molecole di ATP e NADH, senza le quali la fotosintesi è impossibile. Cos'è ATP e NADH?

L'ATP (adenositifosfato) è un coenzima nucleico che contiene legami ad alta energia e serve come fonte di energia in ogni trasformazione organica. Il composto è spesso chiamato la voluta di energia.

NADH (nicotinammide adenina dinucleotide) è una fonte di idrogeno che viene utilizzata per sintetizzare i carboidrati con anidride carbonica nella seconda fase di un processo come la fotosintesi.

Fase di luce

I cloroplasti contengono molte molecole di clorofilla, ognuna delle quali assorbe la luce. Altri pigmenti lo assorbono, ma non sono in grado di fotosintesi. Il processo avviene solo in parte delle molecole di clorofilla. Le restanti molecole formano complessi di antenna e di raccolta della luce (SSC). Essi accumulano quanti di radiazione luminosa e li trasferiscono in centri di reazione, che sono anche chiamati trappole. I centri di reazione si trovano nei fotosistemi, che sono due in una pianta fotosintetica. Il primo contiene una molecola di clorofilla capace di assorbire la luce con una lunghezza d'onda di 700 nm, e la seconda - 680 nm.

Quindi, due tipi di molecole di clorofilla assorbono la luce e sono eccitati, il che contribuisce alla transizione degli elettroni ad un livello di energia più alto. Gli elettroni eccitati con una grande quantità di energia si staccano e entrano nella catena portante situata nelle membrane tilacoidi (strutture interne dei cloroplasti).

Transizione di elettroni

Un elettrone del primo fotosistema passa dalla clorofilla P680 al plastoquinone e un elettrone del secondo sistema va alla ferrossina. In questo caso, si forma uno spazio vuoto nel sito di distacco di elettroni nella molecola della clorofilla.

Per compensare la carenza, la molecola di clorofilla P680 prende gli elettroni dall'acqua, formando ioni di idrogeno. E la seconda molecola di clorofilla compensa la carenza attraverso il sistema portante dal primo fotosistema.

È così che procede la fase di luce della fotosintesi, la cui essenza consiste nel trasferimento di elettroni. In parallelo con il trasporto degli elettroni, il movimento degli ioni idrogeno passa attraverso la membrana. Questo porta al loro accumulo all'interno della Taloide. Accumulando in grandi quantità, vengono rilasciati all'esterno utilizzando un fattore di coniugazione. Il risultato del trasporto di elettroni è la formazione del composto NADH. E il trasferimento dello ione idrogeno porta alla formazione della valuta energetica dell'ATP.

Alla fine della fase di luce, l'ossigeno entra nell'atmosfera e ATP e NADH si formano all'interno del petalo. Quindi inizia la fase oscura della fotosintesi.

Fase oscura

Questa fase della fotosintesi richiede anidride carbonica. La pianta la assorbe costantemente dall'aria. A tal fine, vi è uno stoma sulla superficie del foglio - strutture speciali che, una volta aperte, aspirano l'anidride carbonica. Agendo all'interno della foglia, si dissolve in acqua e partecipa ai processi della fase di luce.

Durante la fase di luce nella maggior parte delle piante, l'anidride carbonica si lega a composto organico che contiene 5 atomi di carbonio. Il risultato è una coppia di molecole di un composto di tre carbonio chiamato acido 3-fosfoglicerico. È proprio perché questo composto è il principale risultato del processo che le piante con questo tipo di fotosintesi sono chiamate piante C ₃ .

Ulteriori processi che avvengono nei cloroplasti sono molto difficili per gli abitanti inesperti. Il risultato è un composto a sei carbonio che sintetizza semplice o carboidrati complessi. È sotto forma di carboidrati che la pianta accumula energia. Una piccola parte delle sostanze rimane nel foglio e soddisfa i suoi bisogni. I restanti carboidrati circolano in tutta la pianta e vanno nei luoghi dove sono più necessari.

Fotosintesi in inverno

Molti almeno una volta nella loro vita si sono chiesti da dove viene l'ossigeno durante la stagione fredda. Innanzitutto, l'ossigeno è prodotto non solo da piante decidue, ma anche da conifere e anche da piante marine. E se le piante decidue si congelano in inverno, le conifere continuano a respirare, anche se in modo meno intenso. In secondo luogo, il contenuto di ossigeno nell'atmosfera non dipende dal fatto che gli alberi abbiano gettato via le foglie. L'ossigeno occupa il 21% dell'atmosfera, in qualsiasi parte del mondo, in qualsiasi momento dell'anno. Questo valore non cambia, poiché le masse d'aria si muovono molto rapidamente e l'inverno non si verifica contemporaneamente in tutti i paesi. E, in terzo luogo, in inverno negli strati inferiori di aria che respiriamo, il contenuto di ossigeno è ancora maggiore che in estate. La ragione di questo fenomeno è la bassa temperatura, a causa della quale l'ossigeno diventa più denso.

conclusione

Oggi abbiamo ricordato cos'è la fotosintesi, cos'è la clorofilla e come le piante rilasciano ossigeno assorbendo anidride carbonica. Certamente, la fotosintesi è il processo più importante della nostra vita. Ci ricorda la necessità del rispetto per la natura.