La fotosintesi è un processo di conversione dell'energia luminosa in energia chimica effettuato da piante, alghe e cianobatteri
Immagine modificata e ridimensionata di Samuel Austin, disponibile su Unsplash
La parola fotosintesi significa sintesi mediante la luce e si riferisce a uno dei processi biologici più importanti sulla Terra. Rilasciando ossigeno e consumando anidride carbonica, la fotosintesi ha trasformato il mondo nell'ambiente abitabile che conosciamo oggi. Inoltre, il processo è la principale fonte di energia per tutti gli esseri viventi.
Il fisico olandese Jan Ingenhousz fu il primo a scoprire che le piante producevano ossigeno in presenza di luce solare, nel 1779, ed era considerato lo scopritore della fotosintesi. Nel 1782, Jean Senebier aggiunse che, oltre alla luce solare, la fotosintesi utilizza l'anidride carbonica. Nel 1818, Maria Pelletier e Joseph Caventou hanno coniato il termine "clorofilla" per riferirsi al pigmento verde e dotato di enzimi fotorecettori che rendono possibile la fotosintesi.
Cos'è la fotosintesi
La fotosintesi può essere definita come un processo di conversione dell'energia luminosa in energia chimica. Viene svolta da piante, alghe e cianobatteri, classificati come organismi autotrofi e fotosintetici perché in grado di produrre il proprio cibo dalla luce.
L'importanza della fotosintesi
L'ossigeno prodotto dagli organismi fotosintetici è essenziale per il mantenimento della vita sul pianeta come lo conosciamo. Inoltre, i prodotti generati dalla fotosintesi hanno plasmato la storia materiale dell'umanità, poiché hanno dato origine a risorse come petrolio, gas naturale, cellulosa, carbone e legna da ardere. Queste risorse esistono come risultato della trasformazione della luce solare in riserve energetiche (fotosintesi), seguita da altri processi geologici e tecnologici.
Equazione della fotosintesi
La fotosintesi è un processo lungo e complesso che può essere riassunto, in generale, dalla seguente equazione:
- 6CO2 + 12H2O + luce → C6 H12O6 + 6 O2 + 6 H2O
Dove si verifica la fotosintesi
Nelle piante e nelle alghe, la fotosintesi avviene all'interno dei cloroplasti. Nei cianobatteri, viene eseguita accanto alle lamelle membranose presenti nella parte liquida del citoplasma.
Il cloroplasto è un organello che ha una membrana esterna e una membrana interna. Il suo interno presenta lamelle membranose, collegate a piccole sacche chiamate tilacoidi. Lo spazio interno è riempito dallo stroma, un fluido viscoso che contiene DNA, ribosomi ed enzimi che aiutano nel processo di fotosintesi. È all'interno di questi tilacoidi e coprivetrini che si trova la clorofilla.
Fasi della fotosintesi
La fotosintesi può essere suddivisa in due fasi: la fase fotochimica e la fase chimica.
La fase fotochimica si verifica solo in presenza di luce e si verifica nei tilacoidi e nelle lamelle membranose. La sua funzione principale è convertire l'energia luminosa in energia chimica. Consiste di due processi principali: fotolisi dell'acqua e fotofosforilazione.
La fase chimica non dipende dalla luce e viene svolta in un'altra parte del cloroplasto, lo stroma. In esso, i prodotti della fase precedente, la fotochimica, si uniscono alla CO2 atmosferica per produrre glucosio, acqua e amido, nel cosiddetto ciclo di Calvin-Benson.
Fase fotochimica
Fotolisi dell'acqua
La fotolisi dell'acqua è il primo stadio della fotosintesi ed è il momento in cui l'energia luminosa ricevuta favorisce la scomposizione delle molecole d'acqua, generando ossigeno gassoso, elettroni e H +. L'ossigeno gassoso viene rilasciato nell'atmosfera, mentre le molecole di idrogeno libero (H +) vengono attratte da un composto chiamato NADP +, dando origine al NADPH, che verrà utilizzato in fase chimica per la costruzione di molecole di glucosio.
Questo passaggio è rappresentato dalle formule:- H2O ⇾ 2H + + 2 elettroni + ½ O2
- NADP + + H + ⇾ NADPH
Fotofosforilazione
È nella fotofosforilazione che avviene la formazione di ATP, dall'aggiunta di un fosfato inorganico (Pi) a una molecola di ADP (adenosina difosfato), utilizzando l'energia della luce. Le molecole di ATP sono la principale forma di energia chimica sintetizzata dagli esseri viventi. Questa fase di fotofosforilazione avviene in parallelo con la fotolisi dell'acqua e ciascuna di esse genera prodotti che verranno utilizzati nella fase successiva della fotosintesi.
Questo passaggio è rappresentato dalla formula: ADP + Pi ⇾ ATP
Fase chimica
L'ultima fase della fotosintesi, è nella fase chimica che viene utilizzata l'anidride carbonica proveniente dall'ambiente o dalla respirazione cellulare della pianta e vengono utilizzati due composti generati nella fase precedente: ATP e NADPH. È in questa fase che si verifica il cosiddetto ciclo di Calvin-Benson, una sequenza di reazioni che genera glucosio, acqua e amido.
Conclusione
La fotosintesi è il risultato dell'unione delle due fasi sopra descritte, la fase fotochimica e la fase chimica. Tutte le forme di vita sulla Terra dipendono in qualche modo dai prodotti generati dalla fotosintesi: ossigeno e glucosio. Inoltre, la fotosintesi è essenziale per l'equilibrio della composizione atmosferica.
