Quali sono i prodotti della fotosintesi?

La fotosintesi è il processo biologico che comprende un insieme di reazioni chimiche nelle piante mediante le quali catturano l’energia solare e la convertono in energia chimica, in zuccheri che poi alimentano altri processi biologici essenziali per la vita. L’energia solare viene catturata in una reazione che combina essenzialmente anidride carbonica (CO ₂ ) e acqua (H ₂ O) per produrre glucosio (C ₆ H ₁₂ O ₆ ) e ossigeno (O ₂ ). Schematicamente, la reazione può essere riassunta come: anidride carbonica + acqua + luce solare, produce glucosio + ossigeno. L’equazione di base della fotosintesi è la seguente.

6 CO ₂ + 6 H ₂ O + energia solare → C ₆ H ₁₂ O ₆ + 6 O ₂

In una pianta, l’anidride carbonica entra dall’aria per diffusione attraverso gli stomi delle foglie. L’acqua viene incorporata dal terreno attraverso le radici e viene trasportata alle foglie attraverso lo xilema, risalendo per capillarità. L’energia solare viene assorbita dalla clorofilla nelle foglie. Le reazioni di fotosintesi si verificano nei cloroplasti delle piante. Nei batteri fotosintetici, il processo di fotosintesi avviene dove la clorofilla o un pigmento correlato si trova nella membrana plasmatica. L’ossigeno prodotto dalla fotosintesi viene rilasciato nell’aria attraverso gli stomi.

Le piante in realtà usano pochissimo glucosio. Le molecole di glucosio vengono combinate mediante sintesi di disidratazione per formare la cellulosa, che viene utilizzata dalla pianta come materiale strutturale. La sintesi per disidratazione viene utilizzata anche per convertire il glucosio in un po’ di amido, composti che le piante usano per immagazzinare energia.

prodotti intermedi della fotosintesi

La formulazione di base dell’equazione chimica della fotosintesi riassume una serie di processi e reazioni chimiche. Queste reazioni si verificano in due tipi di processi; le reazioni che richiedono la luce solare e le reazioni che possono verificarsi al buio, non dipendono dall’apporto di energia luminosa e sono controllate da enzimi.

Le reazioni che assorbono la luce solare usano questa energia per guidare il trasferimento di elettroni nelle reazioni chimiche; sono reazioni endoergiche e la fonte di energia è la luce solare. La maggior parte degli organismi fotosintetici cattura la luce visibile, sebbene ce ne siano alcuni che utilizzano la luce infrarossa. I prodotti di queste reazioni sono adenosina trifosfato (ATP; C ₁₀ H ₁₆ N ₅ O ₁₃ P ₃ ) e nicotinammide adenina dinucleotide fosfato (NADP; C ₂₁ H ₂₉ N ₇ O ₁₇ P ₃). Nelle cellule vegetali, le reazioni dipendenti dalla luce solare si verificano nella membrana tilacoide del cloroplasto. La formulazione generale delle reazioni fotosintetiche dipendenti dalla luce è

2 H ₂ O + 2 NADP ⁺   + 3 ADP + 3 P + luce → 2 NADPH + 2 H ⁺  + 3 ATP + O ₂

dove ADP è l’adenosina difosfato; C ₁₀ H ₁₅ N ₅ O ₁₀ P ₂ . Queste reazioni fondamentalmente catturano l’energia solare per la conversione di ADP in ATP.

Nelle reazioni chimiche senza la partecipazione della luce solare, ATP e NADPH riducono l’anidride carbonica che viene trasformata in glucosio. Nelle piante, nelle alghe e nei cianobatteri, queste reazioni sono chiamate ciclo di Calvin. I batteri possono utilizzare diverse reazioni, incluso il ciclo di Krebs inverso. La formulazione generale delle reazioni fotosintetiche non dipendenti dalla luce nelle piante (ciclo di Calvin) è

3 CO ₂   + 9 ATP + 6 NADPH + 6 H ⁺   → C ₃ H ₆ O ₃ + 9 ADP + 9 P + 6 NADP ⁺  + 3 H ₂ O

In questo modo il carbonio contenuto nell’anidride carbonica viene convertito in carboidrati attraverso il ciclo di Calvin.

Fattori che influenzano la fotosintesi

Come in ogni reazione chimica, la disponibilità di reagenti determina il numero di prodotti che si possono formare. Limitare la disponibilità di anidride carbonica o acqua rallenta la produzione di glucosio e ossigeno. Inoltre, la velocità delle reazioni è influenzata dalla temperatura e dalla disponibilità di minerali che possono essere necessari nelle reazioni intermedie, come fonti di fosforo (P) e azoto (N).

Anche la salute generale della pianta, o di qualsiasi altro organismo fotosintetico, gioca un ruolo fondamentale nei processi di fotosintesi. La velocità delle reazioni metaboliche è determinata in parte dalla maturità dell’organismo e influisce anche sul fatto che stia fiorendo o fruttificando.

Fonti

• Bidlack, JE; Poppa, KR; Jansky, S. (2003). Introduzione alla biologia vegetale  . New York: McGraw Hill. ISBN 978-0-07-290941-8.
• Blankenship, RE (2014). Meccanismi molecolari della fotosintesi  (2a ed.). John Wiley & Figli. ISBN 978-1-4051-8975-0.
• Reece JB et al. (2013). Biologia Campbell  . Benjamin Cummings. ISBN 978-0-321-77565-8.