FASE LEGGERA DELLA FOTOSINTESI: MECCANISMO E PRODOTTI - BIOLOGIA - 2024

La fase luminosa della fotosintesi è quella parte del processo fotosintetico che richiede la presenza della luce. Pertanto, la luce avvia reazioni che provocano la trasformazione di parte dell'energia luminosa in energia chimica.

Reazioni biochimiche si verificano nei cloroplasti tilacoidi, dove si trovano pigmenti fotosintetici eccitati dalla luce. Questi sono clorofilla a, clorofilla be carotenoidi.

Fase chiara e fase oscura. Maulucioni, da Wikimedia Commons

Sono necessari diversi elementi affinché si verifichino reazioni dipendenti dalla luce. È necessaria una sorgente di luce all'interno dello spettro visibile. Allo stesso modo, è necessaria la presenza di acqua.

Il prodotto finale della fase leggera della fotosintesi è la formazione di ATP (adenosina trifosfato) e NADPH (nicotinamide adenina dinucleotide fosfato). Queste molecole sono utilizzate come fonte di energia per la fissazione della CO ₂ nella fase oscura. Allo stesso modo, durante questa fase, viene rilasciato O ₂ , un prodotto della scomposizione della molecola di H ₂ O.

Requisiti

Affinché si verifichino reazioni dipendenti dalla luce nella fotosintesi, è necessaria una comprensione delle proprietà della luce. Allo stesso modo, è necessario conoscere la struttura dei pigmenti coinvolti.

La luce

La luce ha proprietà sia ondulatorie che particellari. L'energia arriva sulla Terra dal sole sotto forma di onde di diverse lunghezze, note come spettro elettromagnetico.

Circa il 40% della luce che raggiunge il pianeta è luce visibile. Questo si trova a lunghezze d'onda comprese tra 380-760 nm. Include tutti i colori dell'arcobaleno, ciascuno con una lunghezza d'onda caratteristica.

Le lunghezze d'onda più efficienti per la fotosintesi sono quelle dal viola al blu (380-470 nm) e dal rosso-arancio al rosso (650-780 nm).

La luce ha anche proprietà particellari. Queste particelle sono chiamate fotoni e sono associate a una lunghezza d'onda specifica. L'energia di ogni fotone è inversamente proporzionale alla sua lunghezza d'onda. Più corta è la lunghezza d'onda, maggiore è l'energia.

Quando una molecola assorbe un fotone di energia luminosa, uno dei suoi elettroni viene eccitato. L'elettrone può lasciare l'atomo ed essere ricevuto da una molecola accettrice. Questo processo si verifica nella fase leggera della fotosintesi.

pigmenti

Nella membrana tilacoide (struttura del cloroplasto) sono presenti vari pigmenti con la capacità di assorbire la luce visibile. Pigmenti diversi assorbono lunghezze d'onda diverse. Questi pigmenti sono clorofilla, carotenoidi e ficobiline.

I carotenoidi danno i colori giallo e arancio presenti nelle piante. Le ficobiline si trovano nei cianobatteri e nelle alghe rosse.

La clorofilla è considerata il principale pigmento fotosintetico. Questa molecola ha una lunga coda idrocarburica idrofobica, che la mantiene attaccata alla membrana tilacoide. Inoltre, ha un anello di porfirina che contiene un atomo di magnesio. L'energia luminosa viene assorbita in questo anello.

Esistono diversi tipi di clorofilla. La clorofilla a è il pigmento che interviene più direttamente nelle reazioni alla luce. La clorofilla b assorbe la luce a una diversa lunghezza d'onda e trasferisce questa energia alla clorofilla a.

Nel cloroplasto si trova circa tre volte più clorofilla a rispetto alla clorofilla b.

Meccanismo

-Photosystems

Le molecole di clorofilla e gli altri pigmenti sono organizzati all'interno del tilacoide in unità fotosintetiche.

Ogni unità fotosintetica è composta da 200-300 molecole di clorofilla a, piccole quantità di clorofilla b, carotenoidi e proteine. C'è un'area chiamata centro di reazione, che è il sito che utilizza l'energia luminosa.

Immagine: fase leggera della fotosintesi. Autore: Somepics. https://es.m.wikipedia.org/wiki/File:Thylakoid_membrane_3.svg

Gli altri pigmenti presenti sono chiamati complessi di antenna. Hanno la funzione di catturare e trasmettere la luce al centro di reazione.

Esistono due tipi di unità fotosintetiche, chiamate fotosistemi. Differiscono in quanto i loro centri di reazione sono associati a diverse proteine. Causano un leggero spostamento nei loro spettri di assorbimento.

Nel fotosistema I, la clorofilla a associata al centro di reazione ha un picco di assorbimento di 700 nm (P ₇₀₀ ). Nel fotosistema II il picco di assorbimento si verifica a 680 nm (P ₆₈₀ ).

-Photolysis

Durante questo processo si verifica la rottura della molecola d'acqua. Photosystem II partecipa. Un fotone di luce colpisce la molecola P ₆₈₀ e guida un elettrone a un livello di energia superiore.

Gli elettroni eccitati vengono ricevuti da una molecola di feofitina, che è un accettore intermedio. Successivamente, attraversano la membrana tilacoide dove vengono accettati da una molecola di plastochinone. Gli elettroni vengono infine trasferiti al P ₇₀₀ del fotosistema I.

Gli elettroni che sono stati ceduti da P ₆₈₀ vengono sostituiti da altri dall'acqua. Una proteina contenente manganese (proteina Z) è necessaria per abbattere la molecola d'acqua.

Quando H ₂ O si rompe , vengono rilasciati due protoni (H ⁺ ) e ossigeno. Sono necessarie due molecole di acqua per essere scisse affinché una molecola di O _{2 venga rilasciata} .

-Photophosphorylation

Esistono due tipi di fotofosforilazione, a seconda della direzione del flusso di elettroni.

Fotofosforilazione non ciclica

Sia il fotosistema I che il II sono coinvolti in esso. Si chiama non ciclico perché il flusso di elettroni va in una sola direzione.

Quando si verifica l'eccitazione delle molecole di clorofilla, gli elettroni si muovono attraverso una catena di trasporto degli elettroni.

Inizia nel fotosistema I quando un fotone di luce viene assorbito da una molecola P ₇₀₀ . L'elettrone eccitato viene trasferito a un accettore primario (Fe-S) contenente ferro e solfuro.

Quindi passa a una molecola di ferredossina. Successivamente, l'elettrone passa a una molecola di trasporto (FAD). Questo lo conferisce a una molecola di NADP ⁺ che lo riduce a NADPH.

Gli elettroni trasferiti dal fotosistema II nella fotolisi sostituiranno quelli trasferiti dal P ₇₀₀ . Ciò avviene attraverso una catena di trasporto costituita da pigmenti contenenti ferro (citocromi). Inoltre, sono coinvolte le plastocianine (proteine ​​che presentano rame).

Durante questo processo, vengono prodotte sia le molecole NADPH che ATP. Per la formazione dell'ATP interviene l'enzima ATPsintetasi.

Fotofosforilazione ciclica

Si verifica solo nel fotosistema I. Quando le molecole del centro di reazione P ₇₀₀ sono eccitate, gli elettroni vengono ricevuti da una molecola P ₄₃₀ .

Successivamente, gli elettroni vengono incorporati nella catena di trasporto tra i due fotosistemi. Nel processo vengono prodotte molecole di ATP. A differenza della fotofosforilazione non ciclica, NADPH non viene prodotto e O ₂ non viene rilasciato .

Alla fine del processo di trasporto degli elettroni, ritornano al centro di reazione del fotosistema I. Per questo motivo si chiama fotofosforilazione ciclica.

Prodotti finali

Alla fine della fase luminosa, l'O ₂ viene rilasciato nell'ambiente come sottoprodotto della fotolisi. Questo ossigeno esce nell'atmosfera e viene utilizzato nella respirazione degli organismi aerobici.

Un altro prodotto finale della fase luminosa è il NADPH, un coenzima (parte di un enzima non proteico) che parteciperà alla fissazione della CO ₂ durante il ciclo di Calvin (fase oscura della fotosintesi).

L'ATP è un nucleotide utilizzato per ottenere l'energia necessaria richiesta nei processi metabolici degli esseri viventi. Questo viene consumato nella sintesi del glucosio.

Riferimenti

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