FOTOSINTESI, LUCE E VITA

Nella fotosintesi l'energia luminosa è trasformata in energia chimica e il carbonio viene fissato in composti organici.

L'energia luminosa è catturata dagli esseri viventi per mezzo di pigmenti. I pigmenti interessati alla fotosintesi degli eucarioti comprendono le clorofille e i carotenoidi. La luce assorbita dai pigmenti antenna spinge i loro elettroni a livelli d'energia più alti. Grazie al tipo di disposizione che hanno nelle membrane, i pigmenti sono capaci di trasferire quest'energia a molecole reattive di clorofilla a.

Negli eucarioti la fotosintesi avviene all'interno dei cloroplasti, delimitati da due membrane. All'interno delle membrane del cloroplasto troviamo una soluzione di composti organici e di ioni, lo stroma, e un complesso sistema di membrane  che forma tilacoidi. I pigmenti e le altre molecole responsabili della cattura della luce sono localizzati nelle e sulle membrane dei tilacoidi.

La fotosintesi si svolge in due stadi:

le reazioni luce-dipendenti, in cui l'energia luminosa catturata dalla clorofilla è trasformata nell'energia chimica di ATP e NADPH

le reazioni luce-indipendenti, in cui l'anidride carbonica è ridotta e si formano i carboidrati.

Secondo il modello attualmente ritenuto valido delle reazioni luce-dipendenti, l'energia luminosa colpisce i pigmenti antenna del Fotosistema II. Gli elettroni sono spinti dalla molecola reattiva della clorofilla a P₆₈₀ verso un accettare primario di elettroni. A mano a mano che vengono rimossi, questi elettroni sono sostituiti da altri elettroni provenienti da molecola d'acqua, con la contemporanea produzione di ossigeno libero e di protoni (ioni H⁺). Gli elettroni scendono poi verso il Fotosistema I lungo una catena di trasporto d'elettroni; questo passaggio genera un gradiente di protoni che consente la sintesi di ATP a partire da ADP (fotofosforilazione). L'energia luminosa assorbita dai pigmenti del Fotosistema I e trasmessa alla clorofilla P₇₀₀ provoca la spinta q un altro accettore primario. Gli elettroni rimossi dal P₇₀₀ sono sostituiti da altri provenienti dal Fotosistema II. Gli elettroni sono alla fine catturati dal trasportatore di elettroni NADP⁺. L'energia prodotta durante questa sequenza di reazioni è contenuta nelle molecole di NADPH e di ATP.

Nelle reazioni luce-indipendenti, che hanno luogo nello stroma, il NADPH e l'ATP prodotti nelle reazioni luce-dipendenti, sono utilizzati per produrre l'anidride carbonica a carbonio organico; questo s realizza mediante il ciclo di Calvin. In tale ciclo una molecola di anidride carbonica si combina con la sostanza di partenza, uno zucchero a cinque atomi  di carbonio detto ribulosio-difosfato (RuDP). A ogni giro del ciclo entra un atomo di carbonio. Tre giri del ciclo producono un a molecola a tre atomi di carbonio, la fosfogliceraldeide. Due molecole di fosfogliceraldeide possono combinarsi per formare una molecola di glucosio. A ogni giro del ciclo di genera RuDP. La fosfogliceraldeide può essere usata anche come materiale di partenza per altri composti organici di cui la cellula abbia bisogno.

Quando la concentrazione di anidride carbonica nelle cellule fotosintetiche  bassa in rapporto alla concentrazione di ossigeno, avviene la fotorespirazione. In questo processo, che richiede la luce del Sole, i carboidrati sono ossidati ad anidride carbonica e acqua riducendo l'efficienza fotosintetica della pianta.