LA FOTOSINTESI CLOROFILLIANA

L’argomento può essere affrontato in ogni momento del curriculum scolastico.

Nella scuola dell’infanzia e nei primi tre anni della scuola primaria, lo

studio della fotosintesi può essere affrontato molto semplicemente facendo

coltivare ai bambini delle piantine e eliminando selettivamente i vari elementi

che sono indispensabili per questo processo. Invece di parlare di ossigeno,

possiamo parlare di aria, mentre l’acqua e il sole sono elementi di facile

approccio. Nelle prime classi della primaria si può pesare le piantine man

mano che crescono, per far vedere come il loro peso cresca nel tempo solo

grazie all’acqua e all’esposizione all’aria e ala luce del sole. Nella classe III si

può iniziare a vedere la foglia come un laboratorio dove l’acqua entra ed esce

attraverso le nervature ( per esempio mettendola a seccare su un foglio di

carta assorbente e vedendo che questo si bagna).

Negli ultimi due anni della scuola primaria, il bambino inizia ad

avere capacità di astrarre. Alle conoscenze concrete, sensoriali si

può affiancare lo studio della funzione fotosintetica nella sua

complessità. Molecole, composizione dell’aria, radiazione luminosa

come fonte di energia che si trasforma in energia chimica,

esperimenti simili a quelli proposti nelle classi precedenti, ma con

una descrizione delle molecole. Sarà necessario affrontare tali

argomenti dopo aver studiato i flussi dell’acqua nella pianta. La

foglia verrà analizzata come struttura che cambia a seconda

dell’ambiente in cui cresce la pianta e si presenteranno sezioni al

microscopio (o immagini) della foglia bifacciale per far comprendere

la complessità di tale struttura all’apparenza molto semplice.

Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012

La fotosintesi immagazzina energia e rilascia ossigeno

L’ATP è una molecola antica e universale, sintetizzata da tutti gli organismi

viventi. L’ATP viene utilizzata come fonte energetica per compiere il lavoro

cellulare.

Gli organismi fotosintetici sono autotrofi (protisti, cianobatteri, piante,

alghe e muschi) perché producono il proprio cibo.

Adenosin-trifosfato (ATP)

Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012

La fotosintesi è il processo che converte energia solare in energia

chimica, sotto forma di carboidrati.

La luce solare è energia in forma radiante proveniente dal Sole. Ciò che

interessa per la fotosintesi è quella porzione dello spettro elettromagnetico

che si chiama luce visibile.

I principali pigmenti coinvolti nel processo fotosntetico e che si trovano

nelle cellule fotosintetizzanti sono:

• la clorofilla a;

• la clorofilla b;

• i carotenoidi.

Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012

Nelle piante la fotosintesi avviene nei cloroplasti

Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012

Nelle piante la fotosintesi avviene nei cloroplasti

Il diossido di carbonio è assorbito nelle foglie dall’aria, attraverso delle piccole aperture dell’epidermide chiamate stomi. Una volta nella foglia, il diossido di carbonio e l’acqua diffondono nei cloroplasti, gli organuli in cui ha luogo la fotosintesi. La membrana tilacoidale contiene la clorofilla e altri pigmenti che assorbono la luce solare utile alla fotosintesi. La via metabolica in cui il diossido di carbonio viene dapprima legato a un composto organico, quindi convertito in un carboidrato, si svolge nello stroma del cloroplasto.

Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012

L’energia degli elettroni eccitati dalla luce serve per produrre ATP

Nella membrana tilacoidale, la clorofilla e altri pigmenti

fotoassorbenti formano complessi inseriti in fotosistemi.

Il ruolo della luce nella fotosintesi è quello di eccitare gli

elettroni (e-) nei fotosistemi.

I cloroplasti usano questi e- eccitati per generare ATP, grazie a

una catena di trasporto degli elettroni che rilascia energia in

corrispondenza di ogni passaggio.

La funzione principale della foglia: la produzione di sostanze nutritive tramite

un insieme di reazioni dette fotosintesi clorofilliana.

La fotosintesi permette di produrre glucosio (C6H12O6) e ossigeno (O2)

partendo da acqua (H2O) e anidride carbonica (CO2).

L’ossigeno viene liberato nell’atmosfera.

6 CO2 + 6H2O ==> C6H12O6 + 6O2 La fotosintesi clorofilliana è svolta dalla

clorofilla, grazie alla luce solare.

Una seconda attività fisiologica eseguita dalle foglie è rappresentata dalla

traspirazione (perdita d’acqua sotto forma di vapore acqueo).

la fotosintesi è un processo chimico che, per reazione di due sostanze inorganiche quali l'acqua (liquido) e

l'anidride carbonica (gas), da luogo ad un gas, l'ossigeno, e ad un prodotto abbastanza complesso, il

glucosio (zucchero).

La luce è l'agente capace di attivare tale processo chimico. Essa viene assorbita dalle molecole di clorofilla, le eccita e provoca spostamenti di

elettroni all'interno degli atomi.

L'energia che si accumula viene utilizzata per far avvenire le reazioni chimiche che portano alla scissione delle molecole d'acqua (H2O).

6 CO2 + 6H2O ==> C6H12O6 + 6O2

Con la scissione, la molecola d'acqua libera ossigeno (O2) nell'atmosfera.

l'idrogeno (H2), invece, si combina con l'anidride carbonica (CO2), produce

zucchero (C6H12O6).

Come si può osservare, quindi, l'ossigeno dell'aria può essere considerato un importante sottoprodotto della fotosintesi e questo ci fa pensare a quanto

siano importanti le piante per l'equilibrio vitale del nostro pianeta e a quanto sia disastroso il disboscamento di sempre più vasti territori.

La fotosintesi, infatti, purifica l'aria, sottraendo l'anidride carbonica, dannosa

a tutti i viventi, e arricchendola di ossigeno.

Il destino dello zucchero, invece, é legato alla capacità che le cellule vegetali hanno di immagazzinarlo sotto forma di amido, per poi utilizzarlo quale fonte di

energia per compiere le proprie attività vitali (respirazione).

il processo fotosintetico può essere considerato l'anello di congiunzione tra due mondi,

quello vivente e quello non vivente.

osservando la reazione chimica che presiede al processo si vede chiaramente come dall'incontro di due sostanze inorganiche

col solo apporto della radiazione solare, si pervenga alla formazione di una sostanza organica,

lo zucchero, che entra a far parte del tessuto vivente delle piante.

Bisogna sottolineare come solo i vegetali siano i responsabili del mantenimento della vita in ogni ambiente.

Essi, infatti, catturano quell'immensa fonte di energia che é la luce solare, la quale,

in assenza di questi recettori, andrebbe dispersa nello spazio.

In sostanza possiamo riassumere il processo di fotosintesi clorofilliana con la seguente formula

Anidride carbonica (CO2) + Luce + Acqua (H20) = Zuccheri (Energia) + Ossigeno (O2)

cosa accade in autunno quando le foglie cadono ? Nel caso delle piante caducifoglie, in autunno la fotosintesi cessa e la pianta va in

letargo, ma in primavera, con la comparsa di foglie nuove, tornerà in funzione senza alcuna difficoltà.

La quantità di energia solare catturata dalla fotosintesi è immensa, dell'ordine dei 100 terawatt, che è circa sei volte quanto consuma attualmente la civiltà umana.

Oltre che dell'energia, la fotosintesi è anche la fonte di carbonio dei composti

organici degli organismi viventi.

La fotosintesi trasforma circa 115 · 109 chilogrammi di carbonio atmosferico in biomassa ogni anno.

In breve...

La FOTOSINTESI è il processo attraverso il quale le piante si procurano il cibo usando la luce solare, l'acqua e l'anidride carbonica. Essa avviene nei cloroplasti

contenuti nelle cellule delle foglie. I cloroplasti contengono la clorofilla, un pigmento verde che assorbe l'energia dalla

luce solare. Durante la fotosintesi, l'energia solare assorbita viene utilizzata per combinare

anidride carbonica e acqua e produrre glucosio, la fonte energetica della pianta. L'ossigeno che si forma viene liberato nell'aria.

Le lamine fogliari piatte forniscono una grande superficie per assorbire la luce solare.

Gli stomi nella pagina inferiore della foglia permettono gli scambi gassosi e una fitta rete di nervature porta l'acqua alle foglie e trasporta il glucosio prodotto dalla

fotosintesi al resto della pianta. http://www.youtube.com/watch?v=MWxaQt3SOas&feature=related http://www.youtube.com/watch?v=d-uevEz6x4Y&NR=1

Volendo approfondire: http://venus.unive.it/miche/cicli_ecosis/0050.htm

La fotosintesi clorofilliana avviene per tappe riunibili in due fasi:

la fase luminosa (o fase luce-dipendente), dipendente dalla luce;

la fase di fissazione del carbonio (o fase oscura, indipendente dalla luce) di cui fa parte il ciclo di Calvin.

La seconda fase viene anche definita fase al buio; il termine, tuttavia, potrebbe

essere fuorviante, in quanto non si riferisce all'assenza della luce dato che alcuni enzimi coinvolti in questa fase sono direttamente attivati proprio dalla luce, tanto

che avviene contemporaneamente alla fase luminosa e non di notte. Infatti in assenza di luce si ha scarsità di ATP e NADPH, che si formano durante la fase luminosa e gli stomi si chiudono, dunque non vi è accesso di CO2; inoltre si

verifica anche l'inattività di alcuni enzimi che sono luce-dipendenti.

le piante hanno un ciclo fotosintetico di sintesi del glucosio e dei derivati polisaccaridi

(solo di giorno e nel periodo vegetativo)

ed un ciclo opposto ossidativo (respirazione cellulare) dei prodotti fotosintetici utilizzati appunto come nutrimento dalle piante stesse (di

giorno e di notte tutto l'anno)

Il bilancio complessivo dei flussi di ossigeno e CO2 da e verso l'ambiente esterno è comunque a favore della fotosintesi

ovvero la pianta si comporta

come un 'pozzo' (assorbitore) di accumulo di carbonio e, viceversa, come una 'sorgente' di ossigeno

. Questo perché parte del carbonio assorbito e non utilizzato dal ciclo ossidativo della

pianta rimane fissato sotto forma di cellulosa e lignina nelle pareti cellulari delle cellule 'morte' che costituiscono il legno interno della pianta

La fase di ossidazione delle piante è ciò che rende la pianta un essere vivente al pari degli altri.