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mercoledì 15 giugno 2016

Qual è il Ruolo della Fotosintesi Clorofilliana ? Autotrofi ed Eterotrofi a Confronto

Tutti noi sappiamo che i vegetali fanno una reazione essenziale, sia per loro, che per tutti gli altri esseri viventi. 

Ma come funziona la Fotosintesi Clorofilliana? A che cosa serve? Perché è così importante? Cosa produce e cosa consuma?

Se guardassimo all'evoluzione della Terra, noteremmo che i primi organismi a comparire furono dei Batteri Fotosintetici.
All'epoca, infatti, non vi era ossigeno "libero" (O= ossigeno molecolare) e l'atmosfera era molto ricca di anidride carbonica (CO2). Quindi i primi esseri viventi, non potendo utilizzare l'ossigeno per svolgere le proprie attività metaboliche, dovettero necessariamente utilizzare l'anidride carbonica.



























La Fotosintesi Clorofilliana, allora, come adesso, assorbe anidride carbonica (CO2) dall'atmosfera e rilascia ossigeno (O2). Pare ovvio che, dopo la comparsa di questi primi esseri viventi, la composizione atmosferica si modificò, arricchendosi di ossigeno a discapito di anidride carbonica. Tutto ciò creò l'ambiente ideale per la comparsa degli organismi eterotrofi (tra cui noi mammiferi) che, respirando, consumano ossigeno e producono anidride carbonica.

Sembra evidente che, Fotosintesi e Respirazione, siano due processi complementari in cui, uno dei due, produce ciò che l'altro consuma.


Ma Come si può Ricavare Energia Tramite la Fotosintesi Clorofilliana?

Gli organismi autotrofi (es. Piante), diversamente da quelli eterotrofi (es. Animali), possono ricavare l'energia necessaria per il loro sostentamento, partendo da materia inorganica, senza utilizzare altri esseri viventi.

Gli organismi autotrofi, tramite la fotosintesi, riescono ad utilizzare il carbonio (C), presente nella molecola di anidride carbonica (CO2), per formare il Glucosio, uno degli zuccheri fondamentali. 
Questa reazione biochimica non è spontanea ed è resa possibile solo tramite l'energia fornita dalla luce solare. 
Gli organismi eterotrofi ricavano energia consumando il Glucosio presente nei vegetali (gli erbivori) o mangiando altri organismi eterotrofi (i carnivori). 



Qual è la Reazione della Fotosintesi Clorofilliana? (non bilanciata)



CO2     +     H2O      +    Energia Solare ---------------------> O2      +      C6H12O6 (Glucosio)



Gli organismi eterotrofi, non potendo utilizzare l'energia solare per far avvenire una reazione "controcorrente", fanno la reazione esattamente opposta (la Respirazione)



 O2    +      C6H12O6 (Glucosio)--------------------------------> CO2     +     H2O      +    Energia



La produzione di Glucosio richiede energia (gli autotrofi usano quella solare), il consumo di Glucosio produce energia.

Fotosintesi e Sole












Come e Dove Avviene la Fotosintesi?


Le cellule che compongono le foglie delle piante hanno un'elevata concentrazione di particolari organelli cellulari chiamati Cloroplasti ed è proprio al loro interno che si svolge la fotosintesi.

All'interno dei Cloroplasti c'è la Clorofilla, una molecola in grado di eccitarsi quando viene "colpita" dai fotoni (le particelle che compongono la luce).

E' importante ricordare che la luce solare è formata da "più luci", con diversa lunghezza d'onda (l'arcobaleno null'altro è che la scomposizione della luce solare nelle sue componenti base) e che un tipo di clorofilla può assorbire solo quelle entro un determinato range. Nei cloroplasti vi sono diversi tipi di clorofilla, oltre ad altri pigmenti fotosintetici, ognuno dei quali "capta" solo uno spettro limitato di luci. 


Tanto più "forte" sarà il Sole, tanto più efficace sarà la Fotosintesi ma, in alcune specie (ad es, quelle da sottobosco come le Felci o l'Edera), esposizioni troppo assolate possono essere dannose, portando a saturazione il sistema. 

La luce solare viene riflessa quindi, anche piante all'ombra, ricevono una certa quantità di radiazione luminosa con cui fare la fotosintesi; ovviamente, specie molto esigenti di luce, cresciute in zone ombrose, fanno una ridotta fotosintesi, conseguentemente hanno una ridotta produzione di Glucosio, motivo per cui, le piante da frutto, per aver frutti con un alto contenuto zuccherino, richiedono esposizioni in cui vi sia Sole diretto. 

La Clorofilla eccitata ossida l'ossigeno dell'acqua ad ossigeno molecolare e, tramite una serie di passaggi, trasferisce questi elettroni al NADP+, riducendolo a NADPH; inoltre sfruttando un gradiente di pH, innescato da questa reazione, all'interno dei Cloroplasti, la cellula può formare ATP, partendo da ADP.



Senza addentrarci in ulteriori dettagli, basti sapere che la Fotosintesi può essere suddivisa in più fasi:



  • Una prima reazione (Fase Luminosa), che richiede energia solare per avvenire, ossida ("trasforma") H2O in  O2 ed immagazzina l'energia sotto forma di due molecole: ATP e NADPH.
  • Una seconda fase (Ciclo di Calvin o Fase Oscura), che non richiede energia luminosa, sfrutta l'ATP e il NADPH, prodotti nella fase luminosa, per convertire la CO2 (composto inorganico) in Glucosio (composto organico).


Gli scambi gassosi (es. Anidride carbonica, Ossigeno) avvengono attraverso, particolari aperture fogliari, dette Stomi.



A Cosa Serve il Glucosio alle Piante?



Il Glucosio è una "moneta energetica" anche per le piante, infatti, anche loro, respirano ed utilizzano gli zuccheri per produrre energia.
In pratica è come se l'energia del Sole (sfruttabile solo dai Cloroplasti contenuti nelle foglie), fosse convertita in un'altra forma di energia (zuccheri), utilizzabile da tutte le cellule della pianta. 
Ovviamente solo una parte di Glucosio viene "consumata" dalla respirazione, il resto è utilizzato come fonte di riserva e per produrre Cellulosa, un polimero del Glucosio con cui sono costruite le pareti cellulari delle cellule vegetali.
Dalla Cellulosa, presente nelle pareti cellulari delle cellule dell'erba, gli erbivori ricavano il Glucosio che utilizzano come fonte di energia.

Di fatto, il Sole, fornisce, direttamente (Autotrofi) o indirettamente (Eterotrofi), tutta l'energia che serve agli organismi viventi per rimanere tali, in un ciclo che parte dalla più piccola pianta (che produce Oe Glucosio) ed arriva fino ai grossi carnivori (che producono COed H2O ).


Raggio di Sole