La fotosintesi clorofilliana: spiegazione semplice, schema e quiz

Che cos'è la fotosintesi

La fotosintesi è la reazione con cui gli organismi autotrofi fotosintetici trasformano l'energia luminosa in energia chimica, immagazzinata negli zuccheri: 6 CO2 + 6 H2O + luce → C6H12O6 + 6 O2.

La parola viene dal greco: «foto» luce e «sintesi» costruzione. Le piante sono autotrofe: costruiscono da sole la sostanza organica partendo da sostanze inorganiche (acqua dal terreno, anidride carbonica dall'aria) e dalla luce. Gli animali, eterotrofi, devono invece nutrirsi di altri organismi. Per questo la fotosintesi è alla base di quasi tutte le catene alimentari.

Non fanno la fotosintesi solo le piante terrestri: anche le alghe e i cianobatteri, batteri fotosintetici che vivono nelle acque, la svolgono, e il fitoplancton degli oceani produce una parte molto grande dell'ossigeno del pianeta. Secondo la teoria endosimbiotica, i cloroplasti stessi deriverebbero da antichi cianobatteri inglobati da una cellula eucariote.

Dove avviene: foglia, cloroplasti e clorofilla

La fotosintesi avviene soprattutto nelle foglie, dentro i cloroplasti; qui la clorofilla, un pigmento verde, cattura la luce sulle membrane dei tilacoidi.

• Foglia: larga e sottile per catturare molta luce; gli stomi regolano l'ingresso della CO2 e l'uscita di O2 e vapore acqueo.
• Cloroplasto: organulo con doppia membrana; all'interno ci sono i tilacoidi, impilati nei grana, immersi in un liquido detto stroma.
• Clorofilla: assorbe luce blu-violetta e rossa e riflette il verde; ci sono la clorofilla a e la clorofilla b, aiutate dai carotenoidi.
• Acqua: arriva dalle radici attraverso i vasi dello xilema; gli zuccheri prodotti viaggiano invece nel floema verso fusto, radici e frutti.

Le due fasi della fotosintesi

Nella fase luminosa, sui tilacoidi, la luce scinde l'acqua, libera ossigeno e produce ATP e NADPH; nel ciclo di Calvin, nello stroma, questi composti servono a trasformare la CO2 in zuccheri.

Fattori che influenzano la fotosintesi

La velocità della fotosintesi dipende dall'intensità della luce, dalla concentrazione di CO2, dalla temperatura e dalla disponibilità d'acqua: quando uno di questi fattori manca, diventa il fattore limitante.

Aumentando la luce la fotosintesi cresce fino a un massimo, oltre il quale non aumenta più. Temperature troppo alte danneggiano gli enzimi, e con il caldo e la siccità gli stomi si chiudono per non perdere acqua, riducendo l'ingresso della CO2. Alcune piante dei climi caldi, come il mais (piante C4) e i cactus (piante CAM), hanno sviluppato modi diversi di fissare la CO2 per risparmiare acqua.

Fotosintesi e respirazione: perché è così importante

Fotosintesi e respirazione cellulare sono processi complementari: la prima costruisce glucosio e libera ossigeno, la seconda demolisce il glucosio con l'ossigeno per ottenere energia; insieme mantengono il ciclo del carbonio.

• Produce la sostanza organica da cui dipendono quasi tutti gli esseri viventi.
• Libera l'ossigeno dell'atmosfera, necessario alla respirazione.
• Sottrae CO2 all'aria, con un ruolo importante nel clima.
• Le piante respirano anche loro, giorno e notte: di giorno però producono più ossigeno di quanto ne consumano.

Come è stata scoperta la fotosintesi

La fotosintesi è stata compresa un pezzo alla volta, in circa tre secoli: dagli esperimenti del Seicento sulla crescita delle piante fino alla scoperta del ciclo di Calvin, premiata con il Nobel nel 1961.

• Seicento: Jan Baptist van Helmont fa crescere un salice in un vaso per cinque anni; la pianta aumenta di peso molto più di quanto diminuisca il terreno, e lui ne conclude, sbagliando in parte, che la pianta si nutre solo d'acqua.
• 1771: Joseph Priestley osserva che una pianta di menta, chiusa in una campana di vetro, rende di nuovo respirabile l'aria in cui una candela si era spenta.
• 1779: Jan Ingenhousz dimostra che servono la luce e le parti verdi della pianta.
• Fine Settecento - inizio Ottocento: Jean Senebier e Nicolas-Théodore de Saussure mostrano il ruolo dell'anidride carbonica e dell'acqua.
• Anni Quaranta-Cinquanta del Novecento: Melvin Calvin e i suoi collaboratori, usando il carbonio radioattivo, ricostruiscono il ciclo che porta il suo nome; Calvin riceve il Nobel per la chimica nel 1961.