La fase luminosa è quella parte di reazioni luce-dipendenti, che avvengono nella fotosintesi clorofilliana. Nel mio articolo precedente abbiamo scoperto di cosa si tratta, dove avviene e soprattutto perché è cosi importante per la vita sul nostro pianeta. Se te lo sei perso puoi andare a leggere il mio precedente articolo sulla fotosintesi clorofilliana.
Ma ricordiamo cos’è la fotosintesi clorofilliana! Un processo biochimico fondamentale, in cui l’energia della luce, è trasformata in energia chimica essenziale per la crescita e la sopravvivenza degli organismi. Possiamo definirlo quindi il “pilastro della vita sulla terra”, grazie alla liberazione di ossigeno nell’atmosfera e alla fissazione del carbonio.
In questo articolo ci concentreremo sulla prima fase di questo fantastico processo, descrivendo le sue reazioni e i suoi protagonisti.
Fase luminosa della fotosintesi clorofilliana
Gli organismi che effettuano la fotosintesi sono in grado di trasformare l’energia luminosa in energia chimica. Costruiscono materia organica a partire da anidride carbonica (CO2) e acqua (H2O) liberando ossigeno come prodotto di scarto.
La reazione complessiva del processo è così rappresentata: 6CO2+ 6H2O + energia luminosa => C6H12O6+ 6O2
La fotosintesi in realtà è un processo molto complesso che si svolge attraverso diversi passaggi. Per convenzione è divisa in due fasi; la fase luminosa è la prima fase ed è così chiamata perché coinvolge l’energia della luce. Nelle cellule eucariote si svolge nei cloroplasti, più precisamente nella membrana e nel lume dei tilacoidi.
Nei tilacoidi l’energia della luce è trasferita dai pigmenti antenna ai centri di reazione dei fotosistemi. L’energia è poi trasferita sotto forma di elettroni e protoni nella catena di trasporto degli elettroni, fino ad arrivare all’accettore primario. Queste reazioni porteranno come vedremo più avanti alla produzione di ATP e NADPH e alla liberazione di ossigeno molecolare.
L’energia della luce e i fotosistemi
L’assorbimento della luce nella fase luminosa della fotosintesi è garantita dalla cooperazione di alcune centinaia di molecole di pigmenti. Questi pigmenti organizzati all’interno dei fotosistemi, vengono definiti antenna. Quando la luce colpisce un pigmento del complesso, l’elettrone eccitato trasferisce la sua energia da un pigmento all’altro per risonanza fino ad arrivare al centro di reazione del fotosistema a cui appartengono.
La luce assorbita da una delle due molecole di clorofilla a del centro di reazione, spinge uno dei suoi elettroni ad un livello energetico superiore. L’elettrone è trasferito a questo punto ad un accettore, dando inizio al flusso di elettroni lungo la catena di trasporto degli elettroni. I pigmenti antenna più vicini al centro di reazione possiedono minore energia di quelli più lontani ed è questo gradiente energetico ad assicurare che il trasferimento di eccitazione verso il centro di reazione sia energeticamente favorevole.
Schematizzando i pigmenti antenna più il centro di reazione contenente la clorofilla a, vanno a costituire i fotosistemi. I fotosistemi sono di due tipi: Il fotosistema II (P680), con picco massimo di assorbimento delle molecole di clorofilla a e 680 nm, genera un forte potere ossidante in grado di ossidare l’acqua e si trova prevalentemente nei grana dei tilacoidi.
Il fotosistema I (P700) ha invece il picco massimo di assorbimento delle molecole di clorofilla a di 700 nm, genera un forte potere riducente capace di ridurre il NADP+. Si trova esclusivamente nelle lamelle stromatiche e nelle parti terminali dei grana.
Trasporto degli elettroni e produzione di NADPH e ATP
Dalla clorofilla eccitata del fotosistema II, si innesca un trasporto di elettroni fra fotosistemi e proteine transmembrana, con conseguente fotolisi dell’acqua e sintesi di NADH e ATP.
La clorofilla eccitata del fotosistema II perde l’elettrone che passa alla feofitina. La clorofilla si è così ossidata e la lacuna elettronica dev’essere ripristinata. Questo forte potere ossidante é alla base della fotolisi dell’acqua e quindi della liberazione di ossigeno molecolare nell’atmosfera. L’elettrone dalla feofitina passa al plastochinone, poi al citocromo b6f e alla plastocianina che trasferisce un elettrone alla clorofilla ossidata del fotosistema I riducendola.
La forma ridotta della clorofilla a del fotosistema I, eccitata dalla luce solare si riossida, trasferendo l’elettrone alla flavoproteina ferredossina-NADP reduttasi che riduce il NADP+ a NADPH.
Per ottenere una molecola di NADPH è necessario che due elettroni siano spinti fuori sia dal fotosistema II che dal fotosistema I. Questo può avvenire perché ogni centro di reazione contiene due molecole di clorofilla a, ognuna delle quali cede un elettrone.
Questo processo, in particolare la fotolisi dell’acqua, provoca un accumulo di ioni idrogeno nel lume della membrana tilacoidale, si crea così quello che viene chiamato “gradiente elettrochimico” tra lume dei tilacoidi e stroma del cloroplasto. Questa energia viene utilizzata dall’ ATP sintetasi per produrre ATP.
In estrema sintesi quindi, durante la fase luminosa, attraverso l’assorbimento dell’energia solare e la fotolisi dell’acqua, si ha la produzione di ATP e NADPH, che verranno poi sfruttati nella fase successiva per la sintesi di composti organici. Per scoprire la fase successiva chiamata Ciclo di Calvin, non perderti il mio prossimo articolo!
