Il cloroplasto
Cloroplasti: I teatri della fotosintesi
La fotosintesi, il processo di trasformazione dell’energia della luce solare in “cibo”, è divisa in due serie fondamentali di reazioni, conosciute come le reazioni della luce e il ciclo di Calvin, che utilizza l’anidride carbonica. Mentre studi i dettagli in altri concetti, fai spesso riferimento all’equazione chimica della fotosintesi: 6CO2 + 6H2O + Energia luminosa → C6H12O6 + 6O2. La fotosintesi avviene nel cloroplasto, un organello specifico delle cellule vegetali.
Se esaminate al microscopio una singola foglia di gelsomino invernale, mostrata nella figura qui sotto, vedrete all’interno di ogni cellula decine di piccoli ovali verdi. Questi sono cloroplasti, gli organelli che conducono la fotosintesi nelle piante e nelle alghe. I cloroplasti assomigliano molto ad alcuni tipi di batteri e contengono persino il loro DNA circolare e i loro ribosomi. Infatti, la teoria endosimbiotica sostiene che i cloroplasti erano un tempo batteri viventi in modo indipendente (procarioti). Quindi, quando diciamo che la fotosintesi avviene all’interno dei cloroplasti, parliamo non solo degli organelli all’interno delle piante e delle alghe, ma anche di alcuni batteri – in altre parole, praticamente tutti gli autotrofi fotosintetici.
Foto microscopica ad alta potenza della parte superiore di una foglia di gelsomino invernale. Visti al microscopio, sono visibili molti cloroplasti verdi.
Ogni cloroplasto contiene pile ordinate chiamate grana (singolare, granum). I grana sono costituiti da membrane simili a sacche, note come membrane tilakoidi. Queste membrane contengono i fotosistemi, che sono gruppi di molecole che includono la clorofilla, un pigmento verde. Le reazioni di luce della fotosintesi avvengono nelle membrane tilakoidi. Lo stroma è lo spazio al di fuori delle membrane tilakoidi, come mostrato nella figura qui sotto. È qui che avvengono le reazioni del ciclo di Calvin. Oltre agli enzimi, due tipi fondamentali di molecole – i pigmenti e i trasportatori di elettroni – sono attori chiave in questo processo e si trovano anche nelle membrane tilakoidi.
Puoi fare un video tour di un cloroplasto su Encyclopedia Britannica: Chloroplast:www.britannica.com/EBchecked/…in-plant-cells.
Un cloroplasto è costituito da membrane tillakoidi circondate da stroma. Le membrane tilakoidi contengono molecole del pigmento verde clorofilla.
Le molecole del trasportatore di elettroni sono solitamente disposte in catene di trasporto degli elettroni (ETC). Queste accettano e passano elettroni portatori di energia in piccoli passi (figura sotto). In questo modo, producono ATP e NADPH, che immagazzinano temporaneamente energia chimica. Gli elettroni nelle catene di trasporto si comportano come una palla che rimbalza lungo una serie di scale – si perde un po’ di energia ad ogni rimbalzo. Tuttavia, l’energia “persa” ad ogni passo della catena di trasporto degli elettroni compie un piccolo lavoro, che alla fine si traduce nella sintesi di ATP.
Questa figura mostra le reazioni di luce della fotosintesi. Questa fase della fotosintesi inizia con il fotosistema II (così chiamato perché è stato scoperto dopo il fotosistema I). Trova i due elettroni (2 e-) nel fotosistema II, e poi seguili attraverso la catena di trasporto degli elettroni (chiamata anche catena di trasferimento degli elettroni) fino alla formazione del NADPH. Da dove vengono gli ioni idrogeno (H+) che aiutano a produrre ATP?