FOTOSINTESI
La sintesi dei composti organici
del carbonio da parte degli
organismi fotoautotrofi
Ruolo della luce
l’energia del sole viene
utilizzata per spezzare le
molecole di acqua
 gli atomi di idrogeno (divisi in
ioni H+ ed elettroni e-)
vengono utilizzati per ridurre
il carbonio della CO2
 caricati su trasportatori
temporanei (NADP)
partecipano al ciclo di Calvin
e viene sintetizzato glucosio

la fotosintesi in breve
processo che avviene nei cloroplasti, distinto in 2 fasi
 fase luminosa: è necessaria l’energia solare per promuoverla
e le molecole di clorofilla per trasformare l’energia solare in
energia “elettrica”
 fase oscura: avviene all’interno del cloroplasto (in strutture
dette grani), non necessita dell’energia solare, trasforma
l’energia “elettrica” in energia chimica, cioè quella contenuta
nei legami tra il carbonio della CO2 e l’idrogeno strappato alle
molecole di acqua
stroma
grano
spazio
intermembrane
tilacoide
membrana
interna
membrana
tilacoide
lume del
tilacoide
membrana
esterna
grano
I fotosistemi


Complesso fotoassorbente
fotosistema:
riceve Esol ed
espelle Eelettr
(circa 300 molecole di clorofilla
e altri pigmenti, “molecole
antenna”)
Catena di trasporto degli
elettroni carichi di energia
lanciati dal centro reattivo
(molecola di clorofilla che riceve
l’energia dalle altre molecole)
che servono per sintetizzare
ATP (fotosforilazione) o NADPH,
trasportatore di elettroni e
protoni
Fotosistema
inserito nella
membrana
Grano,
insieme di
tilacoidi
Membrana
tilacoide
la clorofilla




la molecola di clorofilla presenta un
anello al cui centro si trova un
atomo di magnesio (Mg)
la clorofilla assorbe onde
elettromagnetiche di lunghezza 660
nm (giallo-rossa) e 430 nm (bluvioletta) e riflette il verde
più molecole di clorofilla sono
associate nei fotosistemi
oltre alla clorofilla, ci sono altri
pigmenti come i carotenoidi , che
assorbono blu e verde, e le
ficocianine, che assorbono verde e
giallo
FASE LUMINOSA: il ruolo della luce
luce
La luce colpisce i
fotosistemi II e I
 Gli atomi di magnesio
della clorofilla espellono
elettroni e- carichi
dell’energia solare
 con questi elettroni viene
compiuto nel cloroplasto
il lavoro di riduzione del
carbonio della CO2

e-
molecole
clorofilla
fotosistema
fase luminosa: meccanismo
fotolisi di
H2O
nel tilacoide
rientro di H+ con
attivazione di
ATPsintetasi
H+ pompati
attraverso la
membrana
fotolisi : il ruolo dell’acqua
O
O
H
H





Alcune molecole di
acqua sono dissociate in
ioni ossidrile OH- e in
ioni H+, o protoni
una proteina strappa gli
elettroni agli ioni OHgli elettroni ricaricano il
fotosistema II
i radicali OH, instabili,
reagiscono tra loro e
ridanno molecole di
acqua e
ossigeno O2
O
H
O
H
H
H
O
e-
e
-
e
e
H
-
-
O
e-
O
H
O
H
H
H
+
H
O
e-
+
H
+
H
O
e-
H
H

H
H
H
+
riassunto fase luminosa
L’energia luminosa viene trasformata prima in energia “elettrica”
-spostamento di particelle cariche, elettroni e H+ ricavati dalla fotolisi
dell’acqua-, poi in energia chimica -un gruppo fosfato viene legato
all’ADP per dare ATP-
Luce solare
fotolisi
Fotosistema II
Comparto del tilacoide
secondo sistema di trasporto
degli elettroni
Primo sistema di trasporto
degli elettroni
Fotosistema I
ATP sintetasi
e— e H+
energia per la
riduzione di CO2
fotosistema
luce
membrana
esterna
-
ciclo
Calvin
2
e
molecole
clorofilla
e
3
elettroni
-
e
e
grano
-
-
O
O
H
H
O
O
e-
H
H
O
H
H
H
H
H
O
e-
H
O
e-
1
H
H
cloroplasto
membrana
interna
O
e-
H
Ioni ossidrile OH-
Protoni H+
H
+
+
H
+
H
+
Energia degli elettroni
Trasformazione energia luminosa in
ATP
Rottura molecola acqua
rilascio ossigeno O2
elettroni e H+
per riduzione C
luce
luce
flusso elettroni
fornisce energia
per sintesi
ciclo
Calvin




la
sintesi
dell’ATP
(dall’acqua)  accumulati nello spazio tra le membrane tilacoidi
gli ioni H+
gli elettroni (da ossidazione di OH– ) energia per il lavoro delle pompe H+
gli ioni H+ escono dagli spazi tilacoidi attraverso un canale che funge da ATP
sintetasi H+ forniscono l’energia per la sintesi di ATP
gli elettroni e gli ioni H+ provenienti dalla fotolisi di H2O vengono avviati al
ciclo di Calvin, caricati sui trasportatori NADP+
Fotosistema
membrana
tilacoide
luce
Catena trasporto e–
Fotosistema
luce
spazio nel
tilacoide
verso il
ciclo di
Calvin
riduzione
del C
ATP
sintetasi
FOTOSINTESI: VISIONE D’INSIEME
vacuolo
cloroplasto
fotone
fotosistemi
Pompe
protoniche
ATPsintetasi
grano
Interno tilacoide
pH basso
Stroma
pH alto
tilacoidi
fase luminosa e fase oscura
luce
acqua
reazioni
dipendenti
dalla luce
reazioni
indipendenti
dalla luce
glucosio
rilascio di ossigeno
nuove molecole H2O
assorbimento della luce
da parte dei pigmenti
assorbimento della luce
e pigmenti
lunghezza d’onda in nm (nanometro= 10-9)
CICLO DI CALVIN
Serie di reazioni cicliche che portano
CO2
alla organicazione del carbonio della CO2
ATP
con gli elettroni e i protoni scaricati dal NADPH
NADPH e con l’energia accumulata nell’ATP della fase luminosa
Tre cicli di Calvin completi producono una
molecola 3 C –G3P acido 3fosfoglicericoCiclo
Calvin
G3P
Le molecole G3P vengono “montate”
nel citoplasma a glucosio e ad altri
composti organici
Glucosio
Fruttosio
Lipidi
….
ciclo Calvin: reazioni
RuBP ribulosio difosfato
Intermedio instabile
PGA fosfogliceraldeide
Saccarosio
Amido
cellulosa
C4 & CAM.
Two alternative methods of photosynthesis have evolved to compensate for
photorespiration (C4 and CAM metabolism)
Both resolve low CO2 concentration by using different enzymes to fix CO2.
These have greater affinity for CO2 then Rubisco(enzima che lega l’anidride
carbonica a un composto a 4 C).
These enzymes store CO2 in 4-C molecules.
C4 plants transport the 4-C molecules to specialized cells (bundle sheath cells)
where the CO2 is released in high concentration. Rubisco and the Calvin cycle then
take effect.
CAM plants fix the CO2 during the night when they'd lose little H2O, and release it
during the day
Both methods are adaptations to hot dry climates. Many tropical grasses
are C4 plants, and many epiphytes and desert plants are CAM plants.