Fotosinteza clorofilei

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Notă despre dezambiguizare.svg Dezambiguizare - "Fotosinteza" se referă aici. Dacă sunteți în căutarea altor semnificații, consultați Photosinteza (dezambiguizare) .
Frunza , parte a plantei unde are loc fotosinteza clorofilei.

Fotosinteza este un proces chimic prin care plantele verzi și alte organisme produc substanțe organice - în principal carbohidrați - începând cu primul reactiv, dioxidul de carbon atmosferic și apa metabolică, în prezența luminii solare [1] , revenind printre procesele de anabolizare a carbohidraților, complet opus proceselor inverse ale catabolismului .

În timpul fotosintezei, prin medierea clorofilei , lumina soarelui sau lumina artificială vă permite să convertiți șase molecule de CO 2 și șase molecule de H 2 O într-o moleculă de glucoză (C 6 H 12 O 6 ), un zahăr esențial pentru viața plantă. Ca produs secundar al reacției, sunt produse șase molecule de oxigen , pe care planta le eliberează în atmosferă prin stomatele găsite în frunză. Formula stoichiometrică a reacției este:

6CO 2 + 6H 2 O + energie solară → C 6 H 12 O 6 + 6O 2

Acesta este procesul primar de producție a compușilor organici de carbon din substanțe anorganice clar dominante pe Pământ (transformă aprox 115 × 10 9 tone de carbon atmosferic în biomasă în fiecare an [2] [3] ), care se încadrează astfel în așa-numitul ciclu al carbonului și este, de asemenea, singurul proces biologic important capabil să colecteze energia solară , din care, practic, viața de Pământ depinde [4] (cantitatea de energie solară captată prin fotosinteză este imensă, de ordinul a 100 terawați [5] , care este de aproximativ șase ori mai mare decât consumă în prezent civilizația umană [6] ).

Sugestii de evoluție

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: Evoluția vieții § Primele organisme .

Nu este clar când au apărut primele organisme capabile să efectueze fotosinteza pe pământ, dar prezența formațiunilor cu dungi în unele roci datorită prezenței ruginii sugerează că ciclurile sezoniere de oxigen în atmosfera terestră, un simptom al fotosintezei, au apărut aproximativ Acum 3,5 miliarde de ani în Arhean . [7]

Etapele fotosintezei

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: Lumina dependentă de fază .

Fotosinteza clorofilei, numită și fotosinteza oxigenică datorită producției de oxigen în formă moleculară, are loc în etape care pot fi combinate în două faze:

  1. Faza dependentă de lumină (sau faza luminii ), care este dependentă de lumină;
  2. Faza independentă de lumină (sau faza întunecată sau faza de fixare a carbonului , din care face parte ciclul Calvin )
Reacțiile fazei dependente de lumină a fotosintezei cu clorofilă.

Procesul fotosintetic are loc în interiorul cloroplastelor . În cadrul acestora se află un sistem de membrane care formează grămezi de pungi aplatizate ( tilakide ). În interiorul acestor membrane găsim molecule de clorofilă , agregate pentru a forma așa-numitele fotosisteme . Fotosistemul I și fotosistemul II pot fi distinse. Fotosistemele sunt un set de molecule de pigment dispuse să înconjoare o moleculă specială de clorofilă numită „capcană”. Energia fotonică este apoi transmisă din moleculă în moleculă până când se ajunge la clorofila specială. În fotosistemul I molecula capcană este excitată cu o lungime de undă de 700 nm, în fotosistemul II cu 680 nm.

Toate aceste molecule sunt capabile sa capteze energia luminii, ci doar cele ale clorofilei sunt capabili de a trece la o stare excitată , care activează reacția fotosintetică. Moleculele care au doar funcția de absorbție se numesc molecule de antenă; cei care activează procesul fotosintetic se numesc centre de reacție . „ Faza luminoasă ” este dominată de clorofila a , ale cărei molecule absorb selectiv lumina în porțiunile roșu și albastru-violet ale spectrului vizibil, printr-o serie de alți pigmenți adjuvanți. Energia captată de moleculele de clorofilă permite promovarea electronilor de la orbitalii atomici cu energie mai mică la orbitalii cu energie mai mare. Acestea sunt imediat înlocuite cu separarea apei molecule (care, de la H 2 O, bifurcă în doi protoni , doi electroni și unul de oxigen , datorită la fotoliza , operate de oxigen evolutiv complex OEC asociat cu photosystem II).

Electronii eliberați de clorofila fotosistemului II sunt introduși într-un lanț de transport format din citocromul B6f, în timpul căruia își pierd energia, trecând la un nivel de energie mai scăzut. Energia pierdută este utilizată pentru a pompa protoni din stromă în spațiul tilacoid, creând un gradient de protoni . În cele din urmă, electronii ajung la fotosistemul I, care, la rândul său, datorită efectului luminii, a pierdut alți electroni. Electronii pierduți de fotosistemul I sunt transferați la feredoxină , ceea ce reduce NADP + la NADPH . Prin proteina membranară ATP-sintetaza situată pe membrana tilacoidului , ionii H + eliberați prin hidroliza apei trec din spațiul tilacoidului în stromă, adică spre un gradient, sintetizând ATP pornind de la grupările fosfat liber și ADP . O moleculă și jumătate de ATP se pot forma în medie pentru fiecare doi electroni pierduți de fotosisteme.


Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: faza de fixare a carbonului și ciclul Calvin .

Faza de fixare a carbonului sau ciclul Calvin (numit și faza întunecată sau fază lumină independentă ) implică organizarea CO 2 , adică încorporarea acestuia în compuși organici și reducerea compusului obținut datorită ATP obținut din faza luminoasă.

În acest ciclu există un compus organic fix, ribuloză-bifosfat sau RuBP, care se transformă în timpul reacției până când revine la starea inițială. Cele 6 molecule de ribuloză bifosfat prezente în ciclul Calvin reacționează cu apă și dioxid de carbon suferind o serie de transformări de către enzima ribuloză-bifosfat carboxilază sau rubisc . La sfârșitul procesului, pe lângă cele 6 RuBP nou sintetizate, provin 2 molecule de gliceraldehidă 3-fosfat , care sunt expulzate din ciclu ca produs net de fixare. Pentru a fi activat, ciclul Calvin necesită energie chimică și sprijin prin hidroliza a 18 ATP în ADP și oxidarea a 12 NADPH în NADP + și a ionilor de hidrogen liberi H + (care sunt protoni). ATP și NADPH consumate în timpul ciclului Calvin sunt preluate din cele produse în timpul fazei luminoase și odată oxidate, ele revin să facă parte din grupul disponibil pentru reducere. Per total, 6 molecule de CO 2 , 6 de apă, 18 de ATP și 12 de NADPH sunt consumate în ciclul Calvin pentru a forma 2 gliceraldehidă 3-fosfat (prescurtat în G3P), 18 grupări fosfat libere, 18 ADP, 12 protoni, 12 NADP + .

Cele două molecule de gliceraldehidă 3-fosfat formate în timpul ciclului Calvin sunt utilizate pentru a sintetiza glucoza , un zahăr cu 6 atomi de carbon, într-un proces perfect invers glicolizei sau pentru a forma lipide precum acizi grași sau aminoacizi (prin adăugarea unui aminoacid). grup în structură). Prin urmare, produsele finale ale fotosintezei joacă un rol de importanță fundamentală în procesele de anabolizare a organismelor autotrofe.

În plus față de un ciclu de sinteză fotosintetică (numai în timpul zilei și în perioada vegetativă) a derivaților glucozei și polizaharidelor, plantele au și un ciclu oxidativ opus ( respirație celulară ) (zi și noapte pe tot parcursul anului) al produselor fotosintetice utilizate. ca hrană din plante în sine. Echilibrul global al oxigenului și al CO 2 curge de la și către mediul extern este, în orice caz, în favoarea fotosintezei, adică planta se comportă mai degrabă ca un „puț” (absorbant) al acumulării de carbon decât ca „sursă” (emițător) către mediul extern al carbonului și invers o „sursă” de oxigen, mai degrabă decât o „chiuvetă” de oxigen. Acest lucru se datorează faptului că o parte din carbonul absorbit și care nu este utilizat de ciclul oxidativ al plantei rămâne fixat sub formă de celuloză și lignină în pereții celulari ai celulelor „moarte” care alcătuiesc lemnul intern al plantei. Faza de oxidare a plantelor este ceea ce face planta o ființă vie ca celelalte. Ciclul oxidativ în sine asigură că temperatura internă a plantei, care la rândul ei este termoreglată prin procese fiziologice, este în general diferită de cea a mediului extern.

Tipuri

Plantele sunt împărțite, pe baza formei de fotosinteză clorofilă efectuată de acestea, în trei grupe principale, care au caracteristici diferite: plantele C3 , C4 și CAM .

Alte forme de fotosinteză

Există, în special printre organismele procariote autotrofe , diverse forme de fotosinteză, pe lângă fotosinteza oxigenată a clorofilei descrisă aici. La unele specii de bacterii autotrofe , hidrogenul nu provine din apă, ci din hidrogen sulfurat , care în fotosinteză este oxidat în sulf elementar (S 8 )

6CO 2 + 12H 2 S → C 6 H 12 O 6 + 12S + 6H 2 O

Rețineți că aceste bacterii sunt anaerobe obligatorii . Formele de monozie fără producție de oxigen care se efectuează cu sulf (sau în unele cazuri și cu azot ) se numesc fotosinteză anoxigenică .

Notă

  1. ^ Smith, AL, Dicționarul Oxford de biochimie și biologie moleculară , Oxford University Press, 1997, p. 508, ISBN 0-19-854768-4 .
  2. ^ Field CB, Behrenfeld MJ, Randerson JT, Falkowski P, Producția primară a biosferei: integrarea componentelor terestre și oceanice , în Știința , vol. 281, nr. 5374, 1998, pp. 237–40, DOI : 10.1126 / science.281.5374.237 , PMID 9657713 .
  3. ^ „Fotosinteza”, Enciclopedia McGraw-Hill de Știință și Tehnologie, Vol. 13, p. 469, 2007
  4. ^ BY Bryant și N.-U. Frigaard, fotosinteza procariotică și fototrofie iluminată , în Trends Microbiol , vol. 14, n. 11, 2006, p. 488, DOI : 10.1016 / j.tim.2006.09.001 , PMID 16997562 .
  5. ^ Nealson KH, Conrad PG,Viața: trecut, prezent și viitor , în Philos. Trans. R. Soc. Lond., B, Biol. Știință , vol. 354, nr. 1392, 1999, pp. 1923–39, DOI : 10.1098 / rstb.1999.0532 , PMC 1692713 , PMID 10670014 .
  6. ^ (EN) Consumul mondial de energie primară după tipul de energie și grupurile de țări selectate, 1980-2004 (XLS), pe eia.doe.gov, Energy Information Administration, 31 iulie 2006. Accesat la 20 ianuarie 2007 (depus de 'url original la 6 februarie 2007) .
  7. ^ Piero și Alberto Angela, povestea extraordinară a vieții, Mondadori, 1999, pag. 66

Elemente conexe

Alte proiecte

linkuri externe

Controlul autorității Tezaur BNCF 11850 · LCCN (EN) sh85101413 · GND (DE) 4045936-6 · BNF (FR) cb11933125t (dată) · NDL (EN, JA) 00.566.168
Adus din „ https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=chlorophyll_Photosynthesis&oldid=122126072 ”