Fotosintesi
La fotosintesi è il processo attraverso il quale le piante e le altre cose producono il cibo. È un processo chimico endotermico (prende in calore) che utilizza la luce del sole per trasformare l'anidride carbonica in zuccheri che la cellula può utilizzare come energia. Oltre alle piante, molti tipi di alghe, protisti e batteri la usano per procurarsi il cibo. La fotosintesi è molto importante per la vita sulla Terra. Fanno eccezione alcuni organismi che ottengono la loro energia direttamente dalle reazioni chimiche; questi organismi sono chiamati chemioautotrofi.
La fotosintesi può avvenire in modi diversi, ma ci sono alcune parti che sono comuni.
6 CO2(g) + 6 H2O + fotoni → C6H12O6(aq) + 6 O2(g)
anidride carbonica + acqua + energia luminosa → glucosio + ossigeno
L'anidride carbonica entra nella foglia attraverso gli stomi per diffusione dall'atmosfera.
L'acqua viene assorbita dal suolo dalle cellule ciliate delle radici, che hanno una superficie maggiore per un maggiore assorbimento dell'acqua.
La fotosintesi si verifica nel cloroplasto (che si trova nelle cellule fogliari) che contengono clorofilla, il pigmento verde che assorbe l'energia luminosa. Nelle foglie, le cellule di palizzata hanno un sacco di cloroplasti per catturare più luce. In questo modo, la pianta può fare più fotosintesi.
L'ossigeno è un prodotto di scarto: viene utilizzato per la respirazione o si diffonde di nuovo fuori dalla foglia attraverso gli stomi.
Il glucosio viene utilizzato per la respirazione (per rilasciare energia nelle cellule). Viene immagazzinato sotto forma di amido (che viene riconvertito in glucosio per la respirazione al buio). Il glucosio può anche essere convertito in altri composti per la crescita e la riproduzione, ad esempio cellulosa, nettare, fruttosio, aminoacidi e grassi.
L'energia della luce solare, l'acqua assorbita dalle radici e l'anidride carbonica dell'atmosfera producono glucosio e ossigeno per fotosintesi
Reazioni
La fotosintesi ha due serie principali di reazioni. Le reazioni dipendenti dalla luce hanno bisogno della luce per lavorare; e le reazioni indipendenti dalla luce, che non hanno bisogno della luce per lavorare.
Reazione dipendente dalla luce
L'energia luminosa del sole viene utilizzata per dividere le molecole d'acqua (fotolisi). La luce del sole colpisce i cloroplasti nella pianta, causando la rottura dell'acqua da parte di un enzima. L'acqua, quando si rompe, produce ossigeno, idrogeno ed elettroni.
L'idrogeno, insieme agli elettroni alimentati dalla luce, converte il NADP in NADPH che viene poi utilizzato nelle reazioni indipendenti dalla luce. L'ossigeno si diffonde fuori dalla pianta come prodotto di scarto della fotosintesi, e l'ATP viene sintetizzato da ADP e fosfato inorganico. Tutto questo avviene nel grana dei cloroplasti.
Reazione indipendente dalla luce
Durante questa reazione, gli zuccheri vengono accumulati utilizzando l'anidride carbonica e i prodotti delle reazioni dipendenti dalla luce (ATP e NADPH) e vari altri prodotti chimici che si trovano nell'impianto nel ciclo di Calvin. Pertanto, la reazione indipendente dalla luce non può avvenire senza la reazione dipendente dalla luce. L'anidride carbonica si diffonde nell'impianto e insieme ai prodotti chimici nel cloroplasto, ATP e NADPH, il glucosio viene prodotto e, infine, trasportato intorno all'impianto per traslocazione.
Schema di un cloroplasto
Evoluzione precoce
I primi organismi fotosintetici si sono probabilmente evoluti all'inizio della storia della vita. Essi possono aver usato agenti riducenti come l'idrogeno o il solfuro di idrogeno come fonti di elettroni, piuttosto che l'acqua. I cianobatteri sono apparsi in seguito, e l'eccesso di ossigeno da essi prodotto ha contribuito alla catastrofe dell'ossigeno. Questo ha reso possibile l'evoluzione della vita complessa.
Efficacia
Oggi, il tasso medio di cattura dell'energia da parte della fotosintesi a livello globale è di circa 130 terawatt, che è circa sei volte più grande dell'attuale potenza utilizzata dalla civiltà umana. Gli organismi fotosintetici convertono anche circa 100-115 miliardi di tonnellate metriche di carbonio in biomassa all'anno.
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Domande e risposte
D: Che cos'è la fotosintesi?
R: La fotosintesi è un processo utilizzato dalle piante e da alcuni microrganismi per trasformare l'anidride carbonica in zuccheri utilizzando la luce del sole. Converte l'energia luminosa in energia chimica.
D: Quali sono i prodotti della fotosintesi?
R: I prodotti della fotosintesi sono i carboidrati, che vengono utilizzati dalle cellule come energia e per costruire altre molecole.
D: In che modo la fotosintesi influisce sulla vita sulla Terra?
R: La fotosintesi è vitale per la vita sulla Terra, perché è responsabile dell'introduzione di ossigeno libero nell'atmosfera. Senza di essa, non ci sarebbe vita sulla Terra.
D: Chi utilizza la fotosintesi?
R: Le piante verdi, le alghe, i protisti e alcuni batteri utilizzano la fotosintesi. Alcuni organismi che ottengono l'energia da reazioni chimiche sono chiamati chemioautotrofi e non utilizzano la fotosintesi.
D: La fotosintesi è una reazione esotermica o endotermica?
R: La fotosintesi è una reazione endotermica, cioè assorbe calore per avvenire.
D: In che tipo di energia la fotosintesi converte la luce?
R: La fotosintesi converte l'energia luminosa in energia chimica.
