Acqua, anidride carbonica, luce, ossigeno e glucosio. Questa è la fotosintesi? Dietro c'è molto di più...

La fotosintesi. Un processo così semplice, direte.. serve un po’ di acqua, anidride carbonica e luce ed ecco uscire fuori per magia glucosio ed ossigeno! :)  La fotosintesi costituisce un insieme di reazioni davvero affascinanti ed è per questo motivo che ho pensato di dedicarle una lezione. Cominciamo! La fotosintesi rappresenta un insieme di reazioni che trasformano l’energia luminosa in energia chimica; all’interno delle piante vengono distinte, in maniera particolare, due fasi:
- fase luminosa, comporta la produzione di ATP e NADPH
- fase oscura o ciclo di Calvin, con produzione terminale di glucosio
6 CO₂+ 6 H₂O +Luce→ C₆H₁₂O₆+ 6 O₂ ▪ Fase luminosa.
La fase luminosa avviene sulle membrane tilacoidali dei cloroplasti (plastidi deputati alla fotosintesi). In questa fase svolgono un ruolo fondamentale i cosiddetti “fotosistemi”, complessi all’interno dei quali viene convogliata l’energia luminosa. I fotosistemi sono due:
- fotosistema I, capace di assorbire lunghezze d’onda pari a 700 nm
- fotosistema II, capace di assorbire lunghezze d’onda pari a 680 nm
La luce solare viene captata da particolari sistemi antenna (Lhc) e poi convogliata al centro di reazione del fotosistema mediante risonanza. L’assorbimento della luce avviene grazie alla presenza di determinati pigmenti fotosintetici, prima di tutti la “clorofilla a”, che costituisce un pigmento essenziale.   La clorofilla è composta da un anello porfirinico, al cui interno si trova un atomo di magnesio, e da una coda idrocarburica chiamata “fitolo”. Il fitolo consente la disposizione ordinata, parallela degli anelli porfirinici in modo tale da facilitare le varie associazioni tra le clorofille. Una volta convogliata l’energia luminosa al centro di reazione avviene la fotolisi dell’acqua che porta alla formazione di ossigeno e di elettroni.
Gli elettroni, per mezzo dell’energia luminosa, vengono eccitati e compiono un vero e proprio “salto”, denominato “salto elettronico”. Così, dal fotosistema II l’elettrone viene ceduto ad una catena di trasportatori costituita da: feofitina, plastochinone, citocromo b_6/f, plastocianina.
Segue così una serie di ossidoriduzioni, poiché ogni molecola, acquistando un elettrone, si riduce, ma poi cedendolo si ossida.
La plastocianina cede, infine, il suo elettrone al fotosistema I. Attraverso i sistemi antenna, anche questa volta l’energia luminosa, captata dai tessuti fotosintetici, viene convogliata al centro di reazione, dove l’elettrone viene nuovamente eccitato e ceduto ad un’altra catena di trasportatori.
Il primo trasportatore è la ferridossina che cede l’elettrone all’enzima ferridossina NADP⁺ riduttasi che riduce il NADP⁺, convertendolo in NADPH. La produzione di ATP avviene grazie alla formazione di un gradiente di concentrazione di protoni. Infatti la fotolisi dell’acqua e il trasporto di elettroni dal plastochinone al citocromo bf6 comporta la perdita di protoni che vanno tutti a confluire a livello dello lumen. Alta concentrazione di protoni nello lumen e poca nello stroma. Così i protoni vengono fatti passare all’interno di un sistema proteico transmembrana che prende il nome di ATPsintetasi, comportando, grazie anche la presenza di ADP, alla formazione di ATP. (Per vedere l'immagine ingrandita cliccate sulla foto)
▪ Fase oscura (Ciclo di Calvin).
Avviene all’interno dello stroma. Il fatto che si chiami oscura non significa che avvenga necessariamente di notte, al buio.. soltanto non è necessaria la luce solare, come nella prima fase.
Nel ciclo di Calvin assume un ruolo di fondamentale importanza un enzima, la RUBISCO. La rubisco ha una grande affinità con l’anidride carbonica e si lega a questa, portando alla formazione di una molecola a 6 atomi di carbonio. Questa molecola è però fortemente instabile, perciò viene divisa in due molecole a 3 atomi di carbonio: 3-fosfoglicerato. Il ciclo di Calvin viene chiamato anche “ciclo C₃” proprio perché la prima molecola stabile che si forma è costituita da 3 atomi di carbonio.
Al 3-fosfoglicerato si lega poi un gruppo fosfato proveniente dalla scissione della ATP, portando alla formazione dell’ 1,3-difosfoglicerato. Questa nuova molecola viene successivamente ridotta dall’ NADPH, producendo la 3-fosfogliceraldeide.
Siamo ormai giunti al termine: una parte della 3-fosfogliceraldeide esce dal cloroplasto andando poi a costituire zuccheri, acidi nucleici… dunque, composti organici; mentre quella rimanente viene riconvertita nella rubisco.