FOTOSINTESI

1. FOTOSINTESI La sintesi dei composti organici del carbonio da parte degli organismi fotoautotrofi

2. 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

3. stroma spazio intermembrane tilacoide grano membrana interna grano membrana tilacoide membrana esterna lume del tilacoide 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

4. I fotosistemi fotosistema: riceve Esol ed espelle Eelettr • Complesso fotoassorbente (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

5. 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 (blu-violetta) 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

6. FASE LUMINOSA: il ruolo della luce e- 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 molecole clorofilla fotosistema

7. fase luminosa: meccanismo fotolisi di H2O nel tilacoide rientro di H+ con attivazione di ATPsintetasi H+ pompati attraverso la membrana

8. O O H H H H H O H O H H H+ H H+ O e- H+ H H+ O e- H O e- H O e- O O H H O O H O O H O H H O O O H H e- e- e- e- fotolisi : il ruolo dell’acqua • Alcune molecole di acqua sono dissociate in ioni ossidrile OH- e in ioni H+, o protoni • una proteina strappa gli elettroni agli ioni OH- • gli elettroni ricaricano il fotosistema II • i radicali OH, instabili, reagiscono tra loro e • ridanno molecole di acqua e • ossigeno O2

9. Luce solare Comparto del tilacoide secondo sistema di trasporto degli elettroni fotolisi ATP sintetasi Primo sistema di trasporto degli elettroni Fotosistema II Fotosistema I 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-

10. fotosistema luce membrana esterna 2 e- ciclo Calvin cloroplasto molecole clorofilla membrana interna 3 3 grano elettroni 2 O C O O Protoni H+ H H H O O 1 H H H H O H e- e- e- e- H O e- H+ H+ H O e- H+ H H+ O e- H O e- e— e H+energia per la riduzione di CO2 Ioni ossidrile OH-

11. Catena di trasporto elettroni Catena di trasporto elettroni Rottura molecola acqua rilascio ossigeno O2 elettroni e H+per riduzione C Energia degli elettroni luce luce flusso elettroni fornisce energia per sintesi ciclo Calvin Trasformazione energia luminosa in ATP

12. Fotosistema Fotosistema Catena trasporto e– luce membrana tilacoide luce spazio nel tilacoide • verso il • ciclo di • Calvin • riduzione del C ATP sintetasi la sintesi dell’ATP • gli ioni H+ (dall’acqua)  accumulati nello spazio tra le membrane tilacoidi • 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+

13. vacuolo cloroplasto fotone fotosistemi Pompe protoniche ATPsintetasi grano Interno tilacoide pH basso Stroma pH alto tilacoidi FOTOSINTESI: VISIONE D’INSIEME

14. luce acqua reazioni indipendenti dalla luce reazioni dipendenti dalla luce glucosio nuove molecole H2O rilascio di ossigeno fase luminosa e fase oscura

15. assorbimento della luce da parte dei pigmenti lunghezza d’onda in nm (nanometro= 10-9) assorbimento della lucee pigmenti

16. Serie di reazioni cicliche che portano alla organicazione del carbonio della CO2 con gli elettroni e i protoni scaricati dal NADPH e con l’energia accumulata nell’ATP della fase luminosa CO2 ATP NADPH Ciclo Calvin Glucosio Fruttosio Lipidi …. G3P CICLO DI CALVIN Tre cicli di Calvin completi producono una molecola 3 C –G3P acido 3fosfoglicerico- Le molecole G3P vengono “montate” nel citoplasma a glucosio e ad altri composti organici

17. Intermedio instabile Saccarosio Amido cellulosa ciclo Calvin: reazioni RuBP ribulosio difosfato PGA fosfogliceraldeide

18. 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.