La fotosintesi, il processo mediante il quale un organismo converte l'energia luminosa e il biossido di carbonio in carboidrati e ossigeno, si verifica in tutte le piante verdi e in alcuni funghi e organismi unicellulari. La maggior parte della fotosintesi si verifica in pigmenti chiamati clorofilla. La fotosintesi utilizza l'energia del sole, così come l'anidride carbonica e l'acqua dall'ambiente della pianta, per produrre glucosio. La fotosintesi produce anche ossigeno come sottoprodotto. Quasi tutto l'ossigeno atmosferico è il risultato della fotosintesi eseguita dal fitoplancton nell'oceano. La fotosintesi consiste in due fasi principali: la reazione alla luce e la reazione indipendente dalla luce.

Reazione riassuntiva

La fotosintesi può essere sintetizzata dalla seguente equazione: 6 CO2 (anidride carbonica) + 6 H2O (acqua ) + Energia = C6H12O6 (glucosio) + 6 O2 (ossigeno). Il carbonio dall'anidride carbonica si combina con l'idrogeno e l'ossigeno dall'acqua per formare il glucosio, con l'ossigeno e l'acqua come sottoprodotti. Il processo coinvolge diverse fasi intermedie e richiede diversi macchinari cellulari da svolgere.

Acquisizione di materie prime

L'anidride carbonica deve passare dall'atmosfera ai cloroplasti delle piante verdi dove avviene la fotosintesi. L'anidride carbonica e l'acqua entrano negli organismi unicellulari e nelle piante acquatiche per semplice diffusione. Le piante terrestri hanno strutture specializzate chiamate stomi che funzionano come minuscole valvole per consentire ai gas di entrare e uscire dalla pianta. L'acqua viene trasferita dal suolo alle piante terrestri attraverso le radici e viene trasportata dai tessuti vascolari. La luce viene catturata principalmente dalle foglie delle piante, la cui forma si è evoluta per catturare l'energia solare con il massimo dell'efficienza nell'ambiente distinto di ciascuna specie.

Reazione della luce

Durante la reazione alla luce, l'energia luminosa viene convertita in energia chimica. La luce alimenta la scissione delle molecole d'acqua in idrogeno, ossigeno e elettroni liberi. Gli elettroni liberi sono utilizzati per caricare molecole di vettore di energia come adenosina trifosfato, anche chiamato ATP, e nicotinammide adenina dinucleotide fosfato, chiamato anche NADP. Esistono diversi percorsi molecolari mediante i quali l'energia luminosa viene convertita in energia chimica, compresa la fotofosforilazione ciclica e la fotofosforilazione non ciclica.

Reazione indipendente dalla luce

Durante la reazione indipendente dalla luce, i prodotti della reazione alla luce sono usati per formare carboidrati. Il biossido di carbonio proveniente dall'atmosfera viene catturato e legato con la componente idrogeno delle molecole d'acqua divise durante la reazione alla luce e un carboidrato è formato da un processo chiamato Ciclo Calvin. Questa parte della fotosintesi è anche nota come fissazione del carbonio, un fattore importante nel mantenere costanti i livelli di anidride carbonica atmosferica.

Trasporto e stoccaggio del glucosio

Il glucosio è solubile in acqua e si dissolve nei fluidi interni della pianta. Il glucosio viene spostato dalle foglie e distribuito al resto della pianta per diffusione in piante semplici e attraverso i tessuti vascolari in piante più complesse. Il glucosio può quindi essere utilizzato immediatamente o conservato. Le piante trattengono un po 'di ossigeno all'interno dei loro tessuti per un uso successivo quando metabolizzano il glucosio immagazzinato da un processo chimico simile alla respirazione animale. Le piante devono quindi fotosintetizzare più di quanto non respirino. L'ossigeno in eccesso viene rilasciato allo stesso modo in cui viene assorbito l'anidride carbonica, mediante semplice diffusione o attraverso gli stomi della pianta.