Tutte le creature viventi richiedono energia e sostanze nutritive per sopravvivere. Gli animali possono essere divisi in autotrophs ed eterotrofi secondo il modo in cui acquisiscono questa energia e sostanze nutritive. Gli autotrofi producono il loro cibo da nutrienti inorganici e ottengono energia da fonti non viventi. Gli eterotrofi devono consumare altre creature viventi per ottenere l'energia e i nutrienti di cui hanno bisogno per vivere. Le piante, come autotrofi, devono produrre il proprio cibo e farlo dalla luce del sole, dal biossido di carbonio e dall'acqua attraverso un processo chiamato fotosintesi.





La fotosintesi consiste in due distinte serie di reazioni chiamate luce reazioni e reazioni oscure. Nelle reazioni alla luce attraverso un processo noto come fotofosforilazione, la luce solare eccita un elettrone in clorofilla che viene poi trasportato lungo una membrana per creare un gradiente protonico. Questo gradiente protonico viene quindi utilizzato per generare energia necessaria nelle reazioni oscure. Nelle reazioni oscure, l'energia imbrigliata nelle reazioni di luce guida una serie di reazioni che utilizzano l'anidride carbonica per produrre zucchero.

Cloroplasti

Le reazioni fotosintetiche delle piante avvengono in strutture specializzate all'interno della cellula chiamato cloroplasti. I cloroplasti contengono pile di membrane chiamate membrane tilacoidi dove avviene il processo fotosintetico. Le membrane formano spazi chiusi che consentono di creare un gradiente protonico e quindi di utilizzarlo per generare legami ad alta energia nell'ATP, una molecola di energia utilizzata dalle cellule.

Respirazione cellulare

Organismi dai batteri alle balene deve convertire il loro cibo in energia e composti organici per altri processi vitali. Molti organismi, incluse piante e animali, usano l'ossigeno per eseguire la respirazione aerobica. Tuttavia, nel caso delle piante, questa energia alimentare viene prodotta all'interno delle cellule piuttosto che ottenuta da altre creature.

Mitocondri

Sia le piante che gli animali hanno mitocondri all'interno delle loro cellule per facilitare la conversione di cibo a energia. I mitocondri sono organuli cellulari specializzati con membrane piegate all'interno. Queste membrane facilitano la catena di trasporto degli elettroni, dove vengono utilizzati elettroni ad alta energia per creare un gradiente protonico che guida la produzione di ATP. Il trasporto degli elettroni nei mitocondri e la fotofosforazione nei cloroplasti concettualmente sono molto simili, anche se i dettagli variano molto.

Le piante come produttori

Mentre la fotosintesi è importante per le piante per il loro cibo, in molti ecosistemi il le piante fanno anche il cibo per altri organismi. Animali come la zebra mangiano le piante per ottenere la loro energia e i nutrienti necessari. A loro volta, predatori come il leone mangiano la zebra per il loro cibo richiesto. Questo ruolo fondamentale delle piante negli ecosistemi li porta a essere chiamati produttori primari, poiché attraverso la fotosintesi sono in grado di sfruttare l'energia e i nutrienti all'interno del loro ambiente fisico e renderlo utilizzabile per altre creature viventi.