Ask A Biologist
In with One Energy and out with Another
Le reazioni luce-dipendenti hanno luogo nella membrana del tilakoide, dentro i cloroplasti. Dato che sono reazioni “dipendenti” dalla luce, si può intuire che queste reazioni hanno bisogno della luce per funzionare. Ricorda che lo scopo di questa prima parte della fotosintesi è di convertire l’energia della luce solare in altre forme di energia?
Le reazioni luce-dipendenti della fotosintesi richiedono la luce solare. Immagine di Mell27.
Le piante non possono usare direttamente l’energia luminosa per produrre zuccheri. Invece, la pianta cambia l’energia luminosa in una forma che può usare: l’energia chimica. L’energia chimica è intorno a noi. Per esempio, le automobili hanno bisogno dell’energia chimica della benzina per funzionare. L’energia chimica che le piante usano è immagazzinata in ATP e NADPH. ATP e NADPH sono due tipi di molecole che trasportano energia. Queste due molecole non sono solo nelle piante, perché anche gli animali le usano.
Una ricetta per l’energia
Le piante hanno bisogno di acqua per fare NADPH. Quest’acqua viene spezzata per liberare elettroni (particelle subatomiche caricate negativamente). Quando l’acqua viene spezzata crea anche ossigeno, un gas che noi tutti respiriamo.
Gli elettroni devono viaggiare attraverso proteine speciali bloccate nella membrana tilaconica. Passano attraverso la prima proteina speciale (la proteina del fotosistema II) e lungo la catena di trasporto degli elettroni. Poi passano attraverso una seconda proteina speciale (proteina del fotosistema I).
Fotosistema I e Fotosistema II
Aspetta un attimo… prima gli elettroni passano attraverso il secondo fotosistema e poi passano attraverso il primo? Questo sembra davvero confuso. Perché nominare i fotosistemi in questo modo?
Le molecole d’acqua vengono scisse per liberare elettroni. Questi elettroni poi si muovono lungo un gradiente, immagazzinando energia in ATP nel processo. Immagine di Jina Lee.
Il fotosistema I e II non si allineano con il percorso che gli elettroni fanno attraverso la catena di trasporto perché non sono stati scoperti in quest’ordine. Più tardi, il fotosistema II è stato scoperto e si è scoperto che era prima nella catena di trasporto degli elettroni. Ma era troppo tardi, il nome è rimasto. Gli elettroni attraversano prima il fotosistema II e poi il fotosistema I.
La catena di trasporto degli elettroni
Nel fotosistema II e I, gli elettroni raccolgono energia dalla luce del sole. Come lo fanno? La clorofilla, presente nei fotosistemi, assorbe l’energia luminosa. Gli elettroni eccitati sono poi usati per fare NADPH.
La catena di trasporto degli elettroni è una serie di molecole che accettano o donano elettroni facilmente. Muovendosi passo dopo passo attraverso queste, gli elettroni sono spostati in una direzione specifica attraverso una membrana. Il movimento degli ioni idrogeno è accoppiato a questo. Questo significa che quando gli elettroni si muovono, anche gli ioni di idrogeno si muovono.
L’ATP viene creato quando gli ioni di idrogeno vengono pompati nello spazio interno (lume) del tilakoide. Gli ioni di idrogeno hanno una carica positiva. Come nei magneti, le stesse cariche si respingono, quindi gli ioni di idrogeno vogliono allontanarsi gli uni dagli altri. Sfuggono al tilakoide attraverso una proteina di membrana chiamata ATP sintasi. Muovendosi attraverso la proteina le danno energia, come l’acqua che si muove attraverso una diga. Quando gli ioni idrogeno si muovono attraverso la proteina e lungo la catena di trasporto degli elettroni, viene creato l’ATP. Questo è il modo in cui le piante trasformano la luce del sole in energia chimica che possono usare.
Il ciclo di Calvin: Costruire la vita dall’aria sottile
Come fa qualcosa come l’aria a diventare il legno di un albero? La risposta sta in ciò che compone l’aria.
Come può l’aria che circonda un albero essere trasformata in materiale arboreo? Attraverso una complessa serie di reazioni che utilizzano il carbonio dell’aria per produrre altri materiali. Immagine di André Karwath.
L’aria contiene diversi elementi come ossigeno, carbonio e azoto. Questi elementi compongono molecole come l’anidride carbonica (CO2). L’anidride carbonica è composta da un atomo di carbonio e due di ossigeno. Le piante prendono l’atomo di carbonio dall’anidride carbonica e lo usano per costruire zuccheri.
Questo viene fatto usando il ciclo di Calvin. Il ciclo di Calvin avviene all’interno dei cloroplasti, ma al di fuori dei tilakoidi (dove è stato creato l’ATP). L’ATP e il NADPH delle reazioni luce-dipendenti sono usati nel ciclo di Calvin.
Parti del ciclo di Calvin sono talvolta chiamate reazioni indipendenti dalla luce. Ma non lasciatevi ingannare dal nome… queste reazioni richiedono la luce del sole per funzionare.
La proteina RuBisCO aiuta anche nel processo di trasformazione del carbonio dall’aria in zuccheri. RuBisCO lavora lentamente, quindi le piante ne hanno bisogno in gran quantità. Infatti, RuBisCO è la proteina più abbondante nel mondo!
I prodotti del ciclo di Calvin sono usati per fare lo zucchero semplice glucosio. Il glucosio è usato per costruire zuccheri più complessi come l’amido e la cellulosa. L’amido immagazzina energia per la pianta e la cellulosa è la materia di cui sono fatte le piante.
Immagini via Wikimedia Commons. Immagine della piantina di Bff.
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