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[Musica] Ciao a tutti e in questo secondo video parleremo della fotosintesi per completare l'argomento che abbiamo iniziato nel video precedente del metabolismo energetico. La fotosintesi è uno dei processi più importanti che avviene in natura perché ci permette di ottenere materiali organici come gli zuccheri, e qui vediamo il glucosio, a partire da composti inorganici che sono l'anidride carbonica e l'acqua.
Dove si svolge la fotosintesi? Allora, la fotosintesi si svolge all'interno di particolari strutture che vediamo in questa immagine, che prendono il nome di cloroplasti. I cloroplasti sono formati esternamente da una doppia parete, naturalmente formata da fosfolipidi, e all'interno i cloroplasti contengono queste strutture verdi che prendono il nome di tilacoidi. Se noi guardiamo un cloroplasto al microscopio, notiamo quindi che tutti i tilacoidi sono disposti l'uno sull'altro a formare delle vere e proprie pile di tilacoidi che si chiamano grani. Quindi, i grani sono pile di tilacoidi e all'interno di ogni piccolo sacchetto, quindi di ogni piccolo tilacoide che forma, eh, ogni grano, avviene, avvengono le reazioni di fotosintesi.
Lo spazio libero all'interno del cloroplasto prende il nome di stroma e all'interno dello stroma ci sono particolari tilacoidi che non si organizzano quindi a formare dei, a formare quindi dei grani, ma rimangono liberi. Questi tilacoidi si chiamano tilacoidi dello stroma. I tilacoidi contengono molecole di clorofilla, per questo motivo appunto il cloroplasto è verde. La molecola di clorofilla ha questa forma che vedete qui in figura e, e naturalmente a noi non interessa andarla a studiare in dettaglio. L'unica cosa che bisogna mettere in mente della molecola di clorofilla è che presenta un atomo di magnesio.
La molecola di clorofilla è importante perché serve per assorbire le radiazioni luminose. Ovviamente la cellula non contiene solo clorofilla, ma contiene anche altri tipi di pigmenti come i carotenoidi e le xantofille. La clorofilla quindi assorbe la luce che proviene dal sole e in particolare i pacchetti di luce che sono i fotoni, e utilizza l'energia che deriva dalla luce del sole per attivare una reazione che comporta appunto la, ehm, la riduzione del NADP al NADPH e la fosforilazione dell'ADP in ATP.
La fotosintesi è formata da due fasi ben distinte. La prima fase si chiama fase luminosa perché per svolgersi ha bisogno della luce del sole. La seconda fase invece si chiama fase oscura o ancor meglio fase indipendente dalla luce perché per svolgersi non ha bisogno direttamente della luce solare.
Le reazioni della fase luminosa si svolgono lungo la membrana che forma il tilacoide. Nella membrana del tilacoide noi abbiamo tanti complessi proteici che formano due fotosistemi: il fotosistema 2, che è rappresentato da questo complesso di proteine, e il fotosistema 1, che è rappresentato da quest'altro complesso proteico. Il fotosistema comprende una proteina detta sistema antenna. La proteina del sistema antenna contiene all'interno molecole di clorofilla. Le molecole di clorofilla del sistema antenna captano i fotoni che provengono dalla luce solare e li trasferiscono a tutti questi complessi proteici.
Ora andiamo ad analizzare passo per passo cosa succede nella fase luminosa della fotosintesi. Quando arriva un fotone, l'energia di questo fotone balza da molecola di clorofilla a molecola di clorofilla del sistema antenna. A un certo punto, questa energia arriva a una molecola di clorofilla qui colorata completamente in verde di un complesso che si chiama centro reattivo. La molecola di clorofilla del centro reattivo cede un elettrone a una proteina di membrana che si chiama plastochinone. A questo punto la molecola di clorofilla del centro reattivo, che ha dato un elettrone al plastochinone, deve in qualche modo recuperare l'elettrone che ha perso. Per recuperare l'elettrone che ha perso, prende una molecola d'acqua e la scinde in ossigeno e protoni, e da questa reazione la clorofilla ricava l'elettrone che ha donato al plastochinone. Questa reazione importante si chiama fotolisi dell'acqua e produce ossigeno, come vediamo in questa immagine qui, che viene naturalmente espulso all'esterno.
Dopodiché, che il sistema antenna riceve un secondo fotone proveniente dal sole, a questo punto l'energia del fotone arriva sempre a questa molecola di clorofilla del centro reattivo, che libera a sua volta un altro fotone e lo dà al plastochinone. A questo punto il plastochinone ha accumulato due elettroni. Adesso il plastochinone può ridursi, quindi combina due elettroni con due protoni che si trovavano nel, nello stroma, che è questa regione libera all'interno del cloroplasto, e forma due atomi di idrogeno. Quindi il plastochinone si riduce. Il plastochinone deve riossidarsi per permettere appunto di lo svolgimento di un altro ciclo. Si riossida e cede i suoi elettroni a un'altra, a un altro complesso di membrana che si chiama citocromo f, e emette i suoi protoni all'interno dello spazio presente nel tilacoide, quindi in questo spazietto giallo che vedete qui.
Gli elettroni del citocromo f vengono spediti a un'altra proteina solubile che si trova sempre lungo la membrana del tilacoide, che si chiama plastocianina. E dopodiché, in questa regione del tilacoide, voi vedete benissimo che esiste il fotosistema 1. Anche il fotosistema 1 possiede un suo sistema antenna formato da molecole di clorofilla. Le molecole di clorofilla assorbono l'elettrone che proviene sempre dalla luce del sole, eh, scusate, assorbono il fotone che proviene dalla luce solare e l'energia viene trasferita da molecola a molecola di clorofilla finché arriva anche quest'ultima alla molecola di clorofilla del centro reattivo. Dopodiché la molecola di clorofilla del centro reattivo dona il suo protone a una proteina di membrana che si chiama ferrodossina, la quale dà i suoi elettroni alla ferrodossina NADPH reduttasi. La ferrodossina NADPH reduttasi utilizza gli elettroni che gli sono stati dati e i protoni liberi nello stroma per ridurre il NADP, per portare il NADP a NADPH.
Naturalmente, la molecola di, di clorofilla del centro reattivo recupera l'elettrone che ha donato alla ferrodossina prendendo l'elettrone che gli viene dato dalla plastocianina. Dopodiché si converte ripetendo il NADP a NADPH. Quello che vediamo in questa immagine è, diciamo, la reazione sintetica di ciò che accade all'interno della membrana del tilacoide. In totale, quindi, noi ricaviamo molecole di ATP nella prima reazione luminosa e riduciamo il NADP a NADPH. Una cosa che non vi ho detto prima è che il NADP è un coenzima uguale, nel senso che svolge la stessa funzione del NAD. L'unica differenza tra NADP e NAD è che il NADP possiede un gruppo fosfato in più, quindi noi mettiamo questa P per indicare che ha un gruppo fosfato in più.
A questo punto abbiamo un'altra, un altro complesso proteico di membrana che è il solito ATP sintasi. Anche nei tilacoidi l'ATP sintasi genera un flusso di protoni rivolti dalla, dalla regione interna del tilacoide verso lo stroma, e questo flusso di protoni serve per sintetizzare molecole di ATP. Quindi le molecole di ATP vengono prodotte dall'ATP sintasi.
A questo punto abbiamo l'ultima fase della fotosintesi che costituisce il ciclo di Calvin. Il ciclo di Calvin inizia con l'unione del ribulosio 1,5 difosfato con una molecola di anidride carbonica. Il ribulosio 1,5 difosfato è un recettore per le molecole di anidride carbonica. Il ribulosio 5 difosfato è formato da cinque atomi di carbonio. Unendosi a una molecola di anidride carbonica forma un composto a sei atomi di carbonio che si scinde in due composti ciascuno a tre atomi di carbonio. Questo composto a tre atomi di carbonio si chiama acido 3 fosfoglicerico. La reazione che avviene in questa prima fase, che si chiama fissazione del carbonio, è catalizzata da un enzima che si chiama Rubisco. Il Rubisco è una delle proteine più abbondanti che è presente nelle piante.
Dopodiché questo composto viene trasformato infine a gliceraldeide 3 fosfato con l'utilizzo di 12 molecole di ATP e infine di 12 molecole di NADPH. Il gliceraldeide 3 fosfato generalmente viene riutilizzato per ripristinare il ribulosio 1,5 difosfato con l'utilizzo di altre sei molecole di ATP e, e una piccola parte viene convertita alla fine in zuccheri, o meglio, il restante gliceraldeide 3 fosfato viene convertito in saccarosio, che poi viene portato dalla foglia alle altre parti della pianta, in amido, e viene anche convertito in piruvato. Il piruvato al solito entra all'interno dei mitocondri e all'interno del mitocondrio si svolgerà il ciclo di Krebs.
Con questa parte abbiamo finito tutte le reazioni del metabolismo energetico. E al solito, qui vi ho portato alcuni test. Il primo dice: "Quale dei seguenti elementi è presente nella molecola di clorofilla?". Abbiamo visto in precedenza che la molecola di clorofilla possiede un atomo di magnesio, per cui si distingue. E appunto, la risposta corretta è magnesio.
La seconda domanda chiede: "Quali delle seguenti molecole può essere prodotta in una cellula fotosintetica in assenza di luce?". Allora, in una cellula fotosintetica, ricordate, in assenza di luce vengono prodotte tutte queste molecole che vi hanno indicato, perché non dovete dimenticare che la pianta, in assenza di luce, svolge anche la respirazione cellulare, quindi produce anche il FADH2 e così via. Quindi la risposta è tutte.
Nell'ultima domanda chiede: "L'enzima 1,5 bifosfato carbossilasi o Rubisco fissa il carbonio della molecola di anidride carbonica a una molecola a cinque atomi di carbonio, il ribulosio 1,5 difosfato. Tale reazione inizia evidente la risposta è ovvia: il ciclo di Calvin-Benson". Il ciclo di Calvin inizia come ho detto prima con l'unione del ribulosio 1,5 difosfato con la molecola di anidride carbonica. Il carbonio viene unito al ribulosio 1,5 difosfato, che possiede cinque atomi di carbonio, per formare un composto, ricordate, a sei atomi di carbonio, che poi si divide in due composti ciascuno a tre atomi di carbonio, che veniva chiamato acido 3 fosfoglicerico, che poi a sua volta veniva trasformato in gliceraldeide 3 fosfato.
Con questa lezione ho finito, quindi, tutte le reazioni che riguardano il metabolismo. Se avete domande, naturalmente, scrivetemi anche nei commenti di YouTube e alla prossima lezione.