Fase luminosa della fotosintesi - botanica

Il primo processo, nella fotosintesi, consiste nella conversione dell'energia luminosa ottenuta dal sole in energia chimica. Tale conversione è resa possibile da opportuni pigmenti, che rappresentano delle sostanze capace di assorbire la luce. I pigmenti presenti nelle piante eucariotiche che operano la fotosintesi sono rappresentati dalla clorofilla, la ficobilina ed i carotenoidi

Clorofilla e fotosintesi

La clorofilla è un pigmento presente nelle piante eucariotiche e nei cianobatteri. La molecola della clorofilla respinge la radiazione luminosa corrispondente al colore verde; a causa di questo respingimento le piante ricche di clorofilla appaiono verdi.

Si divide in clorofilla A ed in clorofilla B. La clorofilla A assorbe la radiazione luminosa in una lunghezza d'onda leggermente differente rispetto alla clorofilla B. In alcune piante, come ad esempio nelle briofite, la clorofilla ottimizza l'utilizzo della radiazione luminosa in quanto opera con lunghezze d'onda non sfruttabili dalla clorofilla B.

I batteri fotosintetici utilizzano la batterioclorofilla che è una variante chimica della clorofilla A.

La clorofilla, per operare correttamente la fotosintesi, deve essere associata a particolare proteine e deve essere presente all'interno di una specifica struttura: il tilacoide.

Le ficobiline sono dei pigmenti accessori presenti nei cianobatteri, e in alcune alghe.

Fotosistema I e fotosistema II

I fotosistemi sono localizzati all'interno dei cloroplasti, più precisamente nella parte esterna della membrana tilacoidale, ed esistono in due varianti. Ogni fotosistema è costituito da pigmenti che assorbono i fotoni da trasportare al centro di reazione, che rappresenta un sito del fotosistema aventa una particolare clorofilla (clorofilla a) che ha il compito di operare la reazione fotosintetica.

La fase luminosa della fotosintesi può operare con due fotosistemi contemporaneamente o con uno solo. Se opera con due fotosistemi viene definita fotosintesi non ciclica altrimenti si definisce fotosintesi ciclica.

Fase luminosa della fotosintesi

Per fase luminosa della fotosintesi si descrivono tutte le reazioni fotosintetiche che avvengono grazie alla luce del sole. Questo concetto, in realtà, è stato superato da recenti studi e teorie secondo le quali la prima parte della fotosintesi  avviene in gran maggioranza quando c'è disponibilità di luce ma, cessata quest'ultima, la seconda parte della fotosintesi, ovvero quella definita oscura, può procede anche in condizioni di luce fino a quando l'energia lo permette.

Fotosintesi non ciclica

Nella fotosintesi non ciclica il fotosistema I ed il fosistema II operano in contemporanea.
Nel fotosistema I è presente una molecola di clorofilla A denominata P₇₀₀ che utilizza ottimamente la lunghezza d'onda, espressa in nanometri, pari a 700. Nel fotosistema II è presente una clorofilla A la cui denominazione è P₆₈₀ utilizzante in maniera ottimale la lunghezza d'onda pari a 680 nanometri. 

• Fotosistema II. Il fotosistema II, grazie ai pigmenti esterni del tilacoide, cattura energia. Questa energia viene convogliata al centro di reazione P680, costituioto da clorofilla di tipo a. La clorofilla a, in seguito alla stimolazione energetica, perde due elettroni che sono trasportati lungo una catena. Se la clorofilla non reintegrasse in qualche modo gli elettroni perduti la reazione fotosintetica dovrebbe avvenire una volta soltanto ma, la natura, ha escogitato un modo per ridare gli elettroni perduti alla clorofilla: la fotolisi.
  
  La fotolisi è un processo chimico nel quale due molecole di acqua vengono scisse negli atomomi elementari secondo la reazione:
  
  2H₂O -> 4H⁺ + O₂ + 4e^-
  
  In questo modo i due elettroni persi dalla clorofilla possono essere reintegrati dalla fotolisi dell'acqua. L'ossigeno molecolare che si forma può essere disperso nell'atmosfera mentre i protoni servono a creare un gradiente protonico all'interno della membrana tilacoidale.
  
  Il gradiente protonico stimola un complesso ATP-sintetasico o complesso del citocromo, a formare ATP partendo da ADP.
  
  Rimangono i due elettroni strappati alla clorofilla di tipo a, che serviranno nel fotosistema I adiacente.

• Fotosistema I. Il fotosistema I cattura fotoni nel proprio centro di reazione (P₇₀₀) e li trasferisce ad un accettore di elettroni. La ferrodossina, una molecola trasportatrice di elettroni, si occupa successivamente di trasportare elettroni al NADP che, grazie ad altri protoni, si trasforma in NADPH.

Fotosintesi cicilica

Nella fotosintesi ciclica opera soltanto il fotosistema I. Osservando che la, in condizioni normali, la cellula ha più bisogno di ATP che di NADPH spetta al fotosistema I il processo di biosintesi dell'ATP.

• Quando i fotoni colpiscono il centro antenna automaticamente la clorofilla a perde due elettroni. Tali elettroni entrano in una catena di trasporto formata da proteine ferro zolfo e ferrodossina.
• Anziché deviare verso il complesso che crea il NADPH, gli elettroni sono incanalati verso il complesso del citocromo e coadiuvano la biosintesi di ATP ed, infine, tornano al centro di reazione.

A causa del ritorno degli elettroni verso il centro di reazione tale fotosintesi prende il nome di ciclica.

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