La formula della fotosintesi che trasforma la luce solare in energia

Alcuni organismi devono creare l'energia di cui hanno bisogno per sopravvivere. Questi organismi sono in grado di assorbire energia dalla luce solare e utilizzarla per produrre zucchero e altri composti organici come lipidi e proteine. Gli zuccheri vengono quindi utilizzati per fornire energia all'organismo. Questo processo, chiamato fotosintesi, viene utilizzato dagli organismi fotosintetici tra cui piante, alghe e cianobatteri.

Equazione di fotosintesi

Nella fotosintesi, l'energia solare viene convertita in energia chimica. L'energia chimica viene immagazzinata sotto forma di glucosio (zucchero). L'anidride carbonica, l'acqua e la luce solare vengono utilizzate per produrre glucosio, ossigeno e acqua. L'equazione chimica per questo processo è:

6CO₂ + 12H₂O + luce → C₆H₁₂O₆ + 6O₂ + 6H₂O

Sei molecole di anidride carbonica (6CO₂) e dodici molecole di acqua (12H₂O) vengono consumati nel processo, mentre il glucosio (C₆H₁₂O₆), sei molecole di ossigeno (6O₂) e sei molecole di acqua (6H₂O) sono prodotti.

Questa equazione può essere semplificata come: 6CO₂ + 6H₂O + luce → C₆H₁₂O₆ + 6O₂.

Fotosintesi nelle piante

Nelle piante, la fotosintesi si verifica principalmente all'interno delle foglie. Poiché la fotosintesi richiede anidride carbonica, acqua e luce solare, tutte queste sostanze devono essere ottenute o trasportate alle foglie. L'anidride carbonica si ottiene attraverso minuscoli pori nelle foglie delle piante chiamati stomi. L'ossigeno viene rilasciato anche attraverso gli stomi. L'acqua viene ottenuta dalla pianta attraverso le radici e trasportata alle foglie attraverso i sistemi di tessuto vascolare delle piante. La luce solare viene assorbita dalla clorofilla, un pigmento verde situato nelle strutture delle cellule vegetali chiamate cloroplasti. I cloroplasti sono i siti della fotosintesi. I cloroplasti contengono diverse strutture, ognuna con funzioni specifiche:

• Membrane esterne ed interne- coperture protettive che tengono chiuse le strutture in cloroplasto.
• stroma-fluido denso all'interno del cloroplasto. Il sito di conversione dell'anidride carbonica in zucchero.
• thylakoid-strutture a membrana appiattite simili a sac. Il sito di conversione dell'energia luminosa in energia chimica.
• Grana-pile densamente stratificate di sacche tiloidee. Siti di conversione dell'energia luminosa in energia chimica.
• Clorofilla-un pigmento verde all'interno del cloroplasto. Assorbe energia luminosa.

Fasi della fotosintesi

La fotosintesi si presenta in due fasi. Queste fasi sono chiamate reazioni alla luce e reazioni al buio. Le reazioni luminose si verificano in presenza di luce. Le reazioni al buio non richiedono luce diretta, tuttavia durante il giorno si verificano reazioni al buio nella maggior parte delle piante.

Le reazioni alla luce si verificano principalmente nelle pile di tilacoidi del grana. Qui, la luce solare viene convertita in energia chimica sotto forma di ATP (molecola contenente energia libera) e NADPH (molecola portatrice di elettroni ad alta energia). La clorofilla assorbe l'energia della luce e avvia una catena di passaggi che determinano la produzione di ATP, NADPH e ossigeno (attraverso la scissione dell'acqua). L'ossigeno viene rilasciato attraverso gli stomi. Sia l'ATP che il NADPH sono utilizzati nelle reazioni al buio per produrre zucchero.

Reazioni oscure si verificano nello stroma. L'anidride carbonica viene convertita in zucchero usando ATP e NADPH. Questo processo è noto come fissazione del carbonio o ciclo di Calvin. Il ciclo di Calvin ha tre fasi principali: fissazione, riduzione e rigenerazione del carbonio. Nella fissazione del carbonio, l'anidride carbonica è combinata con uno zucchero a 5 atomi di carbonio [ribulosio1,5-bifosfato (RuBP)] creando uno zucchero a 6 atomi di carbonio. Nella fase di riduzione, ATP e NADPH prodotti nella fase di reazione alla luce vengono utilizzati per convertire lo zucchero a 6 atomi di carbonio in due molecole di un carboidrato a 3 atomi di carbonio, 3-fosfato di gliceraldeide. Il 3-fosfato di gliceraldeide viene utilizzato per produrre glucosio e fruttosio. Queste due molecole (glucosio e fruttosio) si combinano per produrre saccarosio o zucchero. Nella fase di rigenerazione, alcune molecole di gliceraldeide 3-fosfato sono combinate con ATP e sono riconvertite nello zucchero RuBP a 5 atomi di carbonio. Una volta completato il ciclo, RuBP è disponibile per essere combinato con l'anidride carbonica per ricominciare il ciclo.

Riepilogo della fotosintesi

In sintesi, la fotosintesi è un processo in cui l'energia luminosa viene convertita in energia chimica e utilizzata per produrre composti organici. Nelle piante, la fotosintesi si verifica in genere all'interno dei cloroplasti situati nelle foglie delle piante. La fotosintesi consiste in due fasi, le reazioni alla luce e le reazioni al buio. Le reazioni alla luce convertono la luce in energia (ATP e NADHP) e le reazioni al buio usano l'energia e l'anidride carbonica per produrre zucchero. Per una revisione della fotosintesi, partecipa al quiz sulla fotosintesi.