Fotosintesi e Chemiosintesi: Meccanismi di Produzione della Materia Organica
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La Fotosintesi Clorofilliana
La fotosintesi è il processo attraverso il quale alcuni organismi sono in grado di catturare l'energia luminosa del sole e trasformarla in energia chimica. È effettuata da piante, alghe verdi o rosse e alcuni batteri. Consiste nel sintetizzare la materia organica a partire da materia inorganica (CO2, H2O, sali minerali), utilizzando l'energia luminosa e rilasciando ossigeno molecolare nell'atmosfera durante il processo.
Nelle cellule eucariotiche, questo processo avviene nei cloroplasti e si suddivide in due fasi principali:
- Fase luminosa (Stage Light): Si svolge nella membrana dei tilacoidi dei cloroplasti grazie alla clorofilla. Cattura l'energia della luce solare e la converte in energia chimica sotto forma di legami ricchi di energia (ATP) e una molecola con grande potere riducente, il NADPH. La fotolisi dell'acqua libera O2.
- Fase oscura o ciclo di Calvin: Si svolge nello stroma dei cloroplasti. Nella fase oscura della fotosintesi la luce non è imprescindibile, sebbene avvenga solitamente di giorno. Utilizza l'energia chimica prodotta nelle reazioni della fase luminosa per ridurre la CO2, vale a dire, per sintetizzare la materia organica.
Il Ciclo di Calvin
Lo scopo del ciclo di Calvin è quello di usare il potere riducente del NADPH + H+ e l'energia sotto forma di ATP prodotta nella fase luminosa per ridurre la CO2 e incorporarla sotto forma di materia organica. Il bilancio complessivo della fase oscura è:
6 CO2 + 18 ATP + 12 NADPH + 12 H+ → C6H12O6 + 18 Pi + 12 NADP+
La Chemiosintesi
La chemiosintesi consiste nella sintesi di ATP a partire dall'energia liberata da sostanze inorganiche nelle reazioni di ossidazione. Gli organismi che portano avanti questi processi sono chiamati chemoautotrofi (o chemiolitotrofi). Sono tutti batteri. Si tratta di microrganismi che chiudono i cicli biogeochimici, il che consente la vita sul pianeta, restituendo al substrato sostanze soggette a decomposizione tramite l'ossidazione degli organismi morti. In questo modo, i resti degli esseri viventi vengono trasformati in sali minerali di azoto e di zolfo che possono essere assorbiti nuovamente dalle piante.
Caratteristiche del Processo Anabolico
La fotosintesi è un processo anabolico perché consuma o utilizza energia (CO2, H2O, fotoni di luce solare, sali minerali) per sintetizzare molecole più complesse (carboidrati). È inoltre un processo endergonico ed endotermico, poiché comporta il consumo di energia senza rilascio di calore verso l'ambiente esterno.
Mentre la fase luminosa produce un'uscita atmosferica di O2, l'ossigeno non viene utilizzato dal cloroplasto per la degradazione biologica dei carboidrati; solo i mitocondri realizzano questo processo attraverso la combustione biologica.