CE ESTE FOTOSINTEZA? Fotosinteza este procesul prin care plantele, bacteriile i alte animale transform energia solar pentru a fabrica nutrieni n form de zahr. n cele ce urmeaz, vom vorbi despre fotosintez, aa cum survine aceasta la nivelul plantelor verzi.

CARE ESTE REZULTATUL FOTOSINTEZEI? Pe de-o parte, fotosinteza asigur creterea plantelor, ceea ce duce la existena unei surse eseniale de alimentaie pentru multe animale. Pe de alt parte, fotosinteza elimin dioxidul de carbon din aer i elibereaz oxigen n atmosfer, gaz necesar pentru supravieuirea animalelor. Plantele folosesc glucoza produs prin fotosintez pentru a crea carbohidrai. Aceti carbohidrai sunt folosii de plante pentru propria dezvoltare, dar ei reprezint principalul nutrient pentru animalele care se hrnesc cu aceste plante. Dar cum se ntmpl aceste lucruri magice?

FOTOSINTEZA PE SCURT Procesul fotosintezei este, n fapt, unul foarte complex, iar intrarea n explicaii de detaliu ar duce la plecarea multor cititori nainte de finalizarea articolului. Prin urmare, ne vom mrgini la a oferi explicaii foarte sumare n acest paragraf, pentru a oferi un pic mai multe amnunte n paragrafele urmtoare. n esen, fotosinteza const n folosirea de ctre plante a dioxidului de carbon i a apei pentru a produce glucoz i oxigen. Dioxid de carbon + ap = glucoz + oxigen Pentru a complica un pic lucrurile, ecuaia poate arta astfel: 6CO2 + 6H2O ---> C6H12O6 + 6O2 Cifrele de mai sus pot arta fioroase pentru un cititor neavizat, dar nu e chiar aa: este vorba de numrul moleculelor fiecrei pri implicate n reacie i de numrul de atomi din fiecare molecul De unde sunt luate aceste elemente din ecuaia de mai sus? Dioxidul de carbon este disponibil n atmosfer, iar apa, dup cum tim cu toi, este transferat de plante prin intermediul rdcinilor acolo unde este necesar.

1

PROCESUL FOTOSINTEZEI

FOTOSINTEZA - DETALII O plant folosete dou molecule de energie superioar pentru crea glucoz. Aceste molecule sunt ATP-ul (adenozin trifosfat) i NADPH (nicotinamid adenozin dinucleotid fosfat). Dar pentru a crea aceste molecule de energie superioar este nevoie de lumin. n urma unui proces complex, energia solar transform molecule de energie inferioar, ADP (adenozin difosfat) i NADP (nicotinamid adenozin dinucleotid fosfat) n moleculele ATP i NADPH. Diferena real de energie dintre moleculele de energie superioar i cele de energie inferioar este foarte mic. Concret, ATP are n plus fa de ADP un atom de fosfor i patru atomi de oxigen, cu 2 electroni suplimentari. NADPH este diferit de NADP printr-un singur atom de hidrogen, cruia i lipsete un electron. Diferenele de energie rezult din numrul diferit de electroni i poziia acestora n raport cu atomii. Pe de alt parte, aceste mici diferene de energie se adaug de la milioane de molecule, rezultnd astfel la o cantitate considerabil.

Lumina Plantele au un pigment numit clorofil. Clorofila absoarbe lumina din zonele rou-portocaliu i albastru-violet din zona spectrului vizibil. De asemenea, clorofila reflect lumina verde, ceea ce explic de ce noi vedem plantele ca fiind verzi. (Citete "Cum funcioneaz simul vzului"). Pri ale clorofilei denumite antene absorb energia solar i canalizeaz aceast energie ctre aa-numite centre de reacie, unde are loc un alt transfer de energie care const n micarea electronilor de la o molecul la alta. 2

Principalele reacii chimice ale fotosintezei se desfoar n structuri ale plantei numite cloroplaste; mai precis, n tilacoide. Tilacoidele reprezint mici saci care conin substane chimice ca NADP i ADP.

Schimbul de gaze Plantele nu respir ca animalele. Cu toate aceste i ele dispun de componente speciale situate pe frunze, denumite stomate, care au rolul de a se deschide i nchide pentru a permite trecerea gazelor. Stomata este o formaie epidermic vegetal alctuit din dou celule ntre care se afl o deschidere, servind la schimbul de gaze dintre plant i mediu i la eliminarea apei din plant. Stomatele permit att intrarea dioxidului de carbon, ct i ieirea oxigenului.

n esen, pentru realizarea fotosintezei sunt necesare: energia solar, dioxidul de carbon, clorofila i apa. Produsele fotosintezei sunt: oxigenul i compui pe baz de carbon (glucoza).Nivel: liceu

Fotosinteza

"Procesul de formare a substantelor organice din substante minerale ,in prezenta luminii,poarta numele de fotosinteza." Fotosinteza este singurul process din natura prin care plantele verzi, in prezenta energiei solare, transforma apa cu substantele minerale si dioxid de carbon in substante organice si pun in libertate oxigenul. Producerea substantelor organicein funzele verzi, din substante minerale, apa, dioxid de carbon, cu ajutor energiei solare se numeste fotosinteza. Epoca in care a avut loc descoperirea fotosintezei a fost cea in care chimia devenea o stiinta exacta,adica in jumatatea secolului al-XVIII-lea.In aceasta perioada ,chimisti din diferite tari ale Europei au elaborat metode de separare a gazelorde transferare a lor dintr-un container in altul si determinasera proprietatile lor chimice si fizice.Dupa cate vedem in aceasta epoca stiinta incepea sa se dezvolte din ce in ce mai mult . Fotsinteza inseamna functiune fiziologica proprie plantelor verzi ,datorita careia planta sintetizeaza substantele organice din dioxid de carbon si apa cu ajutorul lumini solare absorbite de clorofila(asimilatie clorofiliana).Acest termen provine din franceza de la : photosynthese. Principala substanta hranitoare preparata in frunze prin fotosinteza este amidonul. Cel mai important process din viata plantei este fotosinteza, iar pentru indeplinirea ei sunt necesari mai multi factori: clorofila energia solara o anumita temperature CO2 H2O saruri minerale Rolul CO2 in fotosinteza Importanta dioxidului de carbon in procesul de purificare a aerului de catre plante a fost clar formulata de catre botanistul elvetian Senebier. Acesta tratand critic tot ce stiade la Priestley,intr-unul din volumele sale Pristley spunea :"aerul eliberat de catre plantele expuse la soare este produs transformarii aerului cu ajutorul luminii. Rolul apei in fotosinteza Fenomenul fotosintezei a fost clarificat si descris in termeni chimici abia in anul 1804.

3

Acest merit revine chimistului din Geneva , de Saussure, unul din cei mai buni experimentatori , care a pus bazele cercetarii cantitative in fotosinteza ,in termeni moderni.In "Cercetari chimice asupra vegetalelor",in care a aratat ca suma greutatilor materiei organice produse de plante si O2 eliberat este considerabil mai mare decat greutatea de CO2 consumat.Deoarece plantele folosite in experimentele sale nu primeau nimic in afara de aer(CO2) si apa,el a concis just ca in fotosinteza in afara de dioxidul de carbon participa si apa.Apa cu sarurile minerale sunt absorbite de perisorii absorbanti si conduse prin tulpina pana la frunze.Dioxidul de carbon pratunde prin stomate ,parcurge un drum foarte scurt pana la tesuturile de asimilatie din frunze unde a ajuns si seva bruta.Din apa cu sarurile minerale si dioxidul de carbon planta sintetizeaza (fabrica)substantele organice.Substantele organice impreuna cu o parte din apa absorbita formeaza seva elaborata care circula prin vasele liberiene ale plantei.Ea este folosita pentru hranirea plantei. Deci apa cu sarurile minerale si dioxidul de carbon care patrunde in frunze prin stomate,in prezenta energiei solare,planta formeaza substante organice si elimina oxigenul. Rolul temperaturii Fotosinteza poate fi influentata si de temperatura astfel :la majoritatea plantelor ,fotosinteza creste in jurul temperaturii de 30 de grade.Sub 0 grade fotosinteza se produce numai la conifere.Fotosinteza incepe la 0 grade si creste treptat pana cand temperatura atinge 20-25 de grade,dupa care incetineste treptat ,iar la 45-52 de grade se opreste definitiv.Cultivatorii stiu ca unele plante cum ar fi :cartoful, mazarea, pot fi semanate de timpuriu,pentru ca la acestea fotosinteza are loc la temperaturi mai scazute .Patlagelele rosii ,castravetii,se planteaza mai tarziu ,cand tempereatura creste. Rolul luminii Lumina este factorul principal necesar fotosintezei.Procesul de fotosinteza incepe la o lumina slaba si creste odata cu intensitatea luminii.Daca lumina este foarte intensa atunci fotosinteza incepe sa scada si apoi se opreste. Formula fotosintezei CO2+H2O lumina-> O2 + materie organica Fotosinteza poate fi considerata ca o "legatura" intre Soare si Pamant. Plantele verzi absorb n mod predominant substanele minerale, din care, prin asimilaie clorofilian, sunt sintetizate substanele organice.Deoarece plantele pot sa-si sintetizeze hrana singure din substantele minerale , spunem ca plantele au o hranire autotrofa .Pantele sunt primele producatoare de materie organica ,ele numindu-se din acest motiv si producatori.Deoarece plantele sintetizeaza mai multe substante organice decat le sunt necesare,rezulta o rezerva care va circula spre organele de depozitare. Pot fi depozitate urmatoarele tipuri de substante rezerva: -substante dulci:zaharuri,amidon -substante grase:uleiuri -substante proteice Acestee substante pot fi folosite in mai multe situatii: -cand planta duce lipsa de substante hranitoare -pentru inmugurire,in anul urmator -pentru dezvoltarea embrionuluidin samanta care incolteste Importanta Fotosinteza contribuie la mentinerea constanta a compozitiei aerului atmosheric. In absenta procesului de fotosinteza, CO2 produs prin arderi si respiratia vietuitoarelor s-ar acumula in cantitate mare si ar deveni otravitor pentru organizme, iar oxigenul ar scadea. Dosoftei Nicolae

) Influenta temperaturiiCa si in cazul altor procese metabolice, se constata un efect pozitiv al temperaturii asupra fotosintezei pina la 30C, dupa care se constata o actiune depresiva, urmata de incetarea procesului catre 45C. Intensitatea fotosintezei creste odat cu temperatura, atingnd nivelul optim la 30-35C apoi coboar rapid catre zero la temperatura de 40-45C. Partea fotochimica a fotosintezei este independenta de temperatura, in vreme ce partea biochimica, enzimatica este strict dependenta de temperatura. Cu toate acestea exista printre plante o mare varietate si capacitate de adaptare la temperaturile extreme. Muschii, lichenii si coniferele raman verzi si isi pastreaza capacitatea fotosintetica in timpul iernii, iar unele alge albastre din lacurile termale cresc si la temperatura de 80C. Temperaturile minima, optima si maxima a fotosintezei nu sunt fixe, ci difera de la o specie la alta si dupa provenienta plantelor. Astfel, cartoful, adaptat la regiuni mai reci are optimul fotosintezei la 30C, iar frunzele de tomate si castraveti, plante de proveninta sudica au optimul in jur de 40C.

4

Viata plantelor este legata de circulaia sevei brute si a celei elaborate. Apa cu srurile minerale sunt absorbite de ctre rdcinile plantei si circula prin planta sub forma de seva bruta. Absorbia apei si a srurilor minerale are loc aproape exclusiv prin vrful rdcinilor, in zona periorilor absorbani. Ea se realizeaz printr-un mecanism pasiv si unul activ. Mecanismul pasiv se datoreaz transpiraiei de la nivelul frunzelor. Aceasta creeaz o fora de suctiune ce se transmite de-a lungul vaselor lemnoase din nervurile frunzelor, din tulpina si rdcina pana la periorii absorbani, care vor capta apa din sol. Mecanismul activ functioneaza la plantele bine aprovizionate cu apa si in condiii fiziologice normale, cnd in rdcini se dezvolta o presiune pozitiva. Aceasta face ca apa sa fie absorbita de ctre rdcini si condusa prin tulpini pana la frunze. Cea mai mare cantitate de apa absorbita de planta se datoreste insa forei de suctiune. Cu cat transpiraia este mai intensa cu att fora de suctiune a frunzelor este mai mare si implicit si cantitatea de apa absorbita. Conducerea sevei brute in corpul plantelor se face att prin celule, cat si prin vasele lemnoase. Ea se realizeaz in mai multe etape: conducerea centripeta, pe orizontala, de la suprafaa rdcinii prin parenchimul cortical pana la vasele lemnoase; transportul longitudinal prin vasele lemnoase, de la rdcini, pana in vrful tulpinii si al ramurilor, in frunze, flori si fructe; conducerea centrifuga din nou pe orizontala prin parenchimul tulpinii, ramurilor, frunzelor, florilor si fructelor. Forele care contribuie la ascensiunea sevei brute in corpul plantelor sunt: presiunea radiculara si fora de suctiune. Presiunea radiculara actioneaza mai ales primvara, nainte de apariie frunzelor. Ea apare datorita concentraiei sczute a apei in vasele lemnoase ale rdcinii. Fora de suctiune depinde de intensitatea transpiraiei, care este strns legata de o serie de factori externi(temperatura aerului si a solului, umiditatea, vntul, lumina) si interni(densitatea si gradul de deschidere al stomatelor, suprafaa totala a frunzelor, densitatea periorilor absorbani). Cnd apare un dezechilibru in aprovizionarea cu apa a unei plante, celulele pierd apa esuturile se nmoaie si planta se ofilete. Fotosinteza este procesul complex care consta in sinteza substanelor organice (glucide, lipide, proteine) din substane anorganice folosindu-se ca sursa de energie energia luminoasa cu ajutorul pigmenilor clorofilieni. Principalele organisme fotosintetizante sunt plantele verzi superioare. Frunzei acestora, specializata in realizarea fotosintezei, ii sunt necesare urmtoarele condiii: aprovizionarea cu apa, sruri minerale si dioxid de carbon;

existenta pigmenilor fotosintetizani(clorofilieni) pentru captarea si conversia energiei solare in energie chimica, nglobata in substanele organice produse cu eliberarea in atmosfera a oxigenului. Frunza indeplineste aceste condiii, deoarece structura sa interna este perfect corelata cu funcia sa specifica, datorita existentei:

5

parenchimului asimilator(mai ales, esutului palisadic bogat in cloroplaste);

esuturilor conductoare din fasciculele libero-lemnoase (nervuri) canalele de circulaie a sevei plantei(bruta si elaborata); celulele epidermice transformate in stomate, care controleaza schimburile de gaze in fotosinteza, respiraie, precum si reglarea intensitatii transpiraiei (eliminarea apei sub forma de vapori); spatiile intercelulare din esutul lacunar prin care are loc difuzia gazelor.

Condiia eseniala pentru realizarea fotosintezei este captarea energiei luminoase si conversia ei in energie chimica de ctre pigmenii asimilatori din sistemul tilacoidal (grana) al cloroplastelor. Numrul si forma cloroplastelor variaz. Astfel, la plantele verzi ele sunt numeroase, mici, sferice sau elipsoidale, staionate mai ales, in celulele frunzelor. La protistele fotosintetizatoare, ele sunt mari si se numesc cromatofori. Cloroplastele se multiplica si se perpetueaz prin diviziune. Structura unui cloroplast. Prezint o membrana dubla, permeabila pentru O2, CO2, diferii ioni (Fe3+,Mg2+), glucoza. In interior se afla substana fundamentala(stroma), care conine enzime, incluziuni lipidice, granule de amidon, acizi nucleici si ribozomi. Membrana interna formeaz numeroase plieri lamelare numite tilacoide. Ele ocupa interiorul cloroplastelor si formeaz structuri de tipul fiicului de monede(grana). Membranele tilacoidelor conin pigmeni clorofilieni; ele sunt sediul reaciilor fotosintezei dependente de lumina. Pigmenii asimilatori (clorofilele a si b si carotenoizii) sunt organizai in fotosisteme. Ele functioneaza ca nite antene sensibile care absorb energia fotonica si o transmit la clorofila a centrul de reacie al fotosistemului. Ecuaia generala a procesului de fotosinteza este: 6 CO2 + 6 H2O C6H12O6 + 6O2. Respectiv, din sase molecule de CO2 si sase de H2O se formeaz o molecula de glucoza si sase molecule de O2. Fotosinteza se desfasoara in doua etape succesive, interdependente: una la lumina si alta la ntuneric. Etapa de lumina se produce in grana cloroplastelor; clorofila a absoarbe energia luminoasa si o utilizeaz pentru: a. sinteza unor substane necesare in urmtoarea etapa, intre care ATP-ul (adenozintrifosfat)-substana macroergica a organismelor, care contribuie la conversia energiei luminoase in energie chimica; b. descompunerea apei in hidrogen si oxigen(fotoliza), acesta din urma fiind eliminat in atmosfera. Etapa de ntuneric are loc la nivelul stromei. Ea consta in reacii care folosesc energia stocata in ATP pentru incorporarea CO2 din aer in compui organici hidrai de carbon(in special, glucoza). Monozaharidele sunt convertite in polizaharide(amidon, celuloza), acizi organici, lipide. Substanele organice sintetizate in frunza(seva elaborata) sunt conduse prin vasele de liber la esuturile din ntreaga planta unde sunt consumate sau depozitate. Fotosinteza este un proces supus influentelor factorilor de mediu. Dintre acetia pot fi enumerai: temperatura, cantitatea si calitatea luminii, cantitatea de O2 si de CO2.

6

In general, procesul de fotosinteza ncepe la o temperatura uor inferioara valorii de 0C,creste in intensitate odat cu ridicarea temperaturii, atingnd la unele plante maximum de intensitate la 30-37C, dup care, prin mrirea in continuarea temperaturii, descrete rapid, ncetnd in jurul temperaturii de 50C. Exista mari variaii intre diferite specii, variaii care se datoreaz mediului in care triesc plantele respective, temperaturilor la care sunt adaptate. Temperatura optima pentru fotosinteza este in strnsa legtura cu condiiile de iluminare si cu concentraia CO2 din mediu. In general, la plantele din zona temperata, temperatura optima a fotosintezei este cuprinsa intre20-30C. In ceea ce privete limita inferioara a temperaturii la care fotosinteza mai are loc s-a constatat ca la plantele cu frunze sempervirescente, fotosinteza are loc la temperaturi mult mai coborte: frunzele aciculare de molid pot asimila pana la temperatura de -6C, iar frunzele de gru de toamna pana la -2C. In legtura cu limita maxima a temperaturii, s-a constatat ca la plantele din regiunile temperate, fotosinteza nceteaz la o temperatura mai mica (45-50C) fata de cele din regiunile sudice, la care temperatura maxima este de 50-55C.

Importanta fotosintezei: este cel mai complex proces natural de sinteza a substanelor organice din substane anorganice; de existenta organismelor fotosintetizante(productorii ecosistemelor)depinde ntreaga viata pe Tetra; prin utilizarea dioxidului de carbon eliberat din respiraia vieuitoarelor sau din procesele de ardere industriala, menine concentraia acestuia la valori care nu depasesc limita toxica(0,03%); prin eliminarea oxigenului reimprospateaza atmosfera si o face propice respiraiei organismelor; asigura circulaia in natura a carbonului, azotului, fosforului.

Din toate acestea rezulta ca in fotosinteza se consuma CO2 si se elibereaz O2. Respiraia reprezint procesul fiziologic prin care la nivelul celulei substanei organice sunt oxidate rezultnd energie. Respiraia cuprinde schimburile gazoase dintre organisme si mediu(respiraie externa) preluarea oxigenului si eliberarea dioxidului de carbon precum si transportul gazelor respiratorii pana la nivelul celulelor(respiraie celulara). In funcie de modul in care este folosit oxigenul, respiraia poate fi aeroba si anaeroba. Respiraia anaeroba se produce in lipsa oxigenului. Substanele organice sunt oxidate pana la formarea unui produs intermediar si a dioxidului de carbon. Ecuaia reaciei este urmtoarea: C6H12O6 produs intermediar + CO2 +energie(~30Kcal.) Nu se produce apa, iar cantitatea de energie rezulta este mult mai mica dect cea eliberata in respirata aeroba, deoarece o9 mare parte este stocata in produs intermediar. Respiraia anaeroba este caracteristica ciupercilor si bacteriilor, dar exista si la plantele superioare si esuturile animale. Astfel, datorita respiraiei anaerobe, plantele superioare din culturile inundate pot supravieui cteva zile. La animale, in celulele musculare, datorita unui efort prelungit, aportul de oxigen este insuficient pentru respiraia aeroba. De aceea, in muchi se acumuleaz o mare cantitate de acid lactic. El este toxic si blocheaz contracia fibrelor musculare; astfel apar crampele musculare. Respiraia anaeroba la bacterii si ciuperci se numete fermentaie. Dup natura produsului obinut,

7

fermentaiile sunt de mai multe tipuri: alcoolica, lactica, acetica. Fermentaia alcoolica este produsa de unele ciuperci: drojdia de bere, drojdia vinului. Glucoza este transformata in alcool etilic, CO2 si energie. Aceasta fermentaie are aplicaii la fabricarea pinii si a buturilor alcoolice. Umflarea aluatului de pine ca si fierberea mustului se datoresc bulelor de CO2 degajate. Fermentaia lactica este produsa de unele bacterii. Molecula de glucoza este rupta in doua molecule de acid lactic. Aceasta fermentaie se aplica la obinerea laptelui acru, iaurtului, prepararea murturilor, a nutreurilor murate. Fermentaia acetica este produsa de anumite bacterii care transforma zaharurile sau alcoolul etilic in acid acetic. Are aplicaii in industria oetului. Respiraia aeroba are loc numai in prezenta oxigenului dup urmtoarea reacie chimica: C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + 675Kcal. Majoritatea plantelor si animalelor au respiraie aeroba. Plantele folosesc in respiraie oxigenul liber din aer si sol sau dizolvat in apa. Dei respira tot timpul, in cursul zilei respiraia plantelor este mascata de fotosinteza. Ziua, in acelai interval de timp, cantitatea de dioxid de carbon eliminata prin respiraie este foarte mica in comparaie cu cea absorbita prin fotosinteza; practic la lumina poate fi pusa in evidenta numai cantitatea de dioxid de carbon absorbit. Organul principal specializat prin care se realizeaz respiraia la plante este frunza. Schimbul de gaze respiratorii are loc la nivelul stomatelor si al spatiilor intercelulare numeroase din esutul lacunar al frunzelor. Stomatele sunt celule modificate in scopul realizrii schimbului de gaze(CO2 si O2) in respiraie si in fotosinteza, si al eliminrii vaporilor de apa, prin transpiraie. O stomata este formata din doua celule de forma unor boabe de fasole, care las intre ele o deschidere(ostiola). Pereii lor sunt inegal ingrosati, cu rol in deschiderea si nchiderea stomatelor in funcie de lumina, umiditate, temperatura aerului. Stomatele se gsesc din loc in loc in epiderma(mai numeroase in epiderma inferioara). La frunzele plantelor care plutesc(exemplu, la nufr), stomatele se gsesc numai pe epiderma superioara. Plantele respira si prin celelalte organe(rdcina, tulpina, floare, samanta). De exemplu, rdcinile respira la nivelul periorilor absorbani, unde are loc schimbul gazelor respiratorii. Aa se explica de ce plantele au nevoie de soluri bine aerate. Unele plante acvatice (exemplu, chiparosul de balta) au rdcini respiratorii(pneumatori); la majoritatea plantelor acvatice schimburile de gaze se fac intre gazele dizolvate in apa si organele imersate. Plantele de dimensiuni mari (arborii) au in scoara nite deschideri (lenticele) cu rol in respiraie. Mitocondriile sunt organite celulare prezente in toate celulele eucariotelor aerobe, aezate, de regula, in apropierea nucleului. Majoritatea au forma elipsoidala, dar pot fi si sferice, in forma de bastona. Sunt mai numeroase in celulele cu activitate intensa(fibrele muchilor striai, celule hepatice, celule aflate in diviziune). Mitocondriile se multiplica prin diviziune, fragmentare sau nmugurire si se transmit de la o generaie celulara la alta, pe linie materna. Structura unei mitocondrii. Prezint o membrana dubla. Cea interna formeaz prin invaginare numeroase criste, care conin enzime. In interiorul mitocondriei se gsesc diferite substane minerale si organice, inclusiv acizi nucleici.

8

Mitocondriile au rol esenial in respiraia celulara, fiind considerate centrale energetice ale celulelor; in procesul de respiraie celulara are loc eliberarea de energie. Energia este apoi nmagazinata in moleculele de ATP. Mitocondriile constituie sediul formarii ATP. Aceasta energie este folosita in toate procesele metabolice vitale, di organism(contraciile musculare, conducerea impulsului nervos). Ea poate fi folosita ca atare in sinteza de molecule organice sau poate fi transformata in alte forme de energie: electrica, mecanica, calorica sau luminoasa. Mitocondriile au rol si in sintezele de proteine si lipide. Procesul de respiraie la plante este influenat de o serie de factori: cantitatea de O2 si de CO2 din aer(cnd este prea mult CO2 in aer si prea puin O2, plantele pot muri); temperatura aerului(ncepe la 0C ci creste pana la 30-35C); gradul de hidratare a celulelor(seminele au intensitatea respiraiei mai sczuta); vrsta plantelor(cele tinere respira mai intens dect cele imbatranite).

Observam ca O2 este gazul consumat in respiraie si CO2 gazul rezultat din respiraie. In concluzie, fotosinteza si respiraia sunt doua procese complementare.

MECANISMUL FOTOSINTEZEI FAZA DE LUMINA A FOTOSINTEZEIEste numita faza Robin Hill si consta dintr-un lant de transformari fotofizice si reactii fotochimice desfasurate in granele cloroplastelor , caracterizate prin urmatoarele procese de prima importanta : captarea CO2 in cloroplastele celulelor asimilatoare , stimularea clorofilei pentru fixarea energiei luminoase , fosforilarea ADP in ATP , fotoliza apei cu fixarea H+ in NADP redus si eliminarea O2 . Toate aceste procese necesita in mod obligatoriu , prezenta luminii si sunt grupate in trei etape distincte : patrunderea CO2 in cloroplaste , absorbtia energiei luminoase si transformarea in energie chimica . ABSORBTIA CO2 IN CLOROPLASTE . In aceasta prima etapa a fazei de lumina , aerul din mediul inconjurator patrunde prin osteolele stomatelor , deschise prin reactie fiziologica fotoactiva si trece in camera substomatica , de unde difuzeaza in spatiile initercelulare , ajungand 20420p1523u in contact direct cu membranele celulozice ale celulelor asimilatoare din tesutul palisadic , situat spre fata superioara a limbului sau din tesutul lacunar , situat spre fata inferioara . Daca membranele celulelor asimilatoare sunt umede , permanent irigate cu apa absorbita sin sol , CO2 din aerul circulant in spatiile intercelulare , cu o mare capacitate de hidrosolubilitate , se dizolva in apa si trece in acid carbonic (H2CO3) care , dupa disociere da forme ionice HCO3 - CO3- ce patrund in citoplasma celulara pana la cloroplaste . Ca atare , rezulta ca o prima conditie a fotosintezei este deschiderea osteolelor stomatelor si prezenta apei in cantitati suficiente ini tesuturile foliare . Noaptea cand stomatele sun inchise prin reactia fiziologica fotoactiva precum si in perioadele de seceta , cand stomatele sunt inchise prin reactia hidroactiva , iar membranele celulare din mezofilul frunzei sunt uscate , fotosinteza este blocata ;cresterea plantelor stagneaza din lipsa asimilatelor noi sintetizate . ABSORBTIA ENERGIEI LUMINOASE . Etapa a doua a fazei Hill din desfasurarea fotosintezei consta din captarea luminii de catre pigmentii asimilatorii sub forma de fotoni . Intensitatea acestui proces fotofizic este proportionala cu numarul de fotoni absorbiti , ceea ce face ca necesarul de lumina pentru fotosintezaa se exprime prin numarul de cuante/molecule (Einstein ) . In captarea energiei luminoase rolul principal il prezinta clorofila a683 din sistemul I de pigmenti , care actioneaza ca un sensibilizator optic si participa direct la captarea cuantelor de lumina , indeosebi a fotonilor rosii si albastri . Energia luminoasa , fixata de clorofila a683 , este transferata pe moleculele de clorofila a700 , intr-un timp foarte scurt , dupa principiul rezonantei inductive . Acest transfer de energie este posibil numai atunci cand distanta dintre moleculele de clorofila este sub 50- 100 A , conditie realizata in cuantozomi . Se considera ca in acest proces , 200 molecule de clorofila a683 , aranjate intr-un fascicul , au functia asemanatoare unei lentile , care capteaza fotonii si ii concentreaza intr-un punct focal , respectiv pe molecula de clorofila a700, cu rol de depozit primar al energiei luminoase. Pigmentii din sistemul II de pigmenti participa indirect la aceasta etapa fotofizica , prin captarea unei cantitati reduse de fotoni pe care il transfera pe clorofila a683 prin inductie moleculara sau prin fenomene de rezonanta .

9

TRANSFORMAREA ENERGIEI LUMINOASE IN ENERGIE CHIMICA . Cea de-a treia etapa a fazei Hill din procesul fotosintezei cuprinde trei subetape : fotofosforilarea acilica , fotofosfilarea ciclicasi fotoliza apei , reactii descoperite de D. I. Arnon (1954) in cloroplaste izolate Prin procesele de fosforilare , plantele verzi inmagazineaza o parte din energia libera care provine din activitatea metabolica proprie sau de la soare si conserva un anumit potential energetic sub forma de molecule stabile , bogate in energie de ATP , care , prin hidroliza este utilizat in satisfacerea nevoilor termodinamice ale reactiilor endergonice din metabolism . In aceste procese ATP-ul este intr-o continua sinteza si hidroliza . La animale cea mai mare parte a energiei este produsa din sinteza ATP in procesul de fosforilare oxidativa , la care are loc la nivelul mitocondriilor . La plante verzi fotoautotrofe exista , pe langa fosforilarea oxidativa , procese de sinteza a ATP prin fosforilarea fotosintetica sau fotofosforilare . Notiune de fosforilare a fost data de S. Ruben ( 1943 ) , intelegand procesul prin care se creaza un compus fosforilat , bogat in energie , de origine fotochimica independenta de oxidarile respiratorii . FOTOFOSFORILAREA ACIELICA. In momentul transferului de energie de pe molecula de clorofila a683 pe molecula de clorofila a700 are loc o exitare de scutra durata a electonilor din atomul de Mg++ , care determina ca doi electroni sa se desprinda de pe clorofila si sa se cupleze cu fotonii de lumina . In aceasta stare de excitatie , electronii liberi , cu un nivel enrgetic ridicat , sunt transportati de anumite substante , si trece , impreuna cu fotonii pe diferite sisteme de oxidoreducere . Feredoxina este o heteroproteina cu greutate moleculara de 10500 si 13000 avand 95100 aminoacizi si o grupare prostetica ferosulfurica care ii dau culoare rosie . Biosinteza feredoxinei are loc in ribozomii citoplasmatici , prin reactii dependente de lumina . Feredoxina prezinta absorbtii maxime din spectrul de lumina la 227 nm , 330 nm si 420 nm , cu variatii functie de modul de legare a atomilor de Fe++ pe molecula proteica . Indeplineste rolul unei pile electrice , impreuna cu cuantozomii si lamelele granelor , fiind activa in fluxul electronic acilic care implica fotoreducerea moleculelor de NADP+ . FAZA DE INTUNERIC A FOTOSINTEZEI Este denumita si faza F. F. Blackmann sau faza termo-chimica enzimatica si include anumite reactii biochimice , independente de lumina , dar dependente de temperatura , in care intervin anumite enzime localizate in stroma nepigmentata a cloroplastelor . Principalele reactii ale fazei de intuneric sunt : integrarea carbonului pe o substanta acceptoare , reducerea CO2 , cedarea energiei inmagazinata in ATP si NAPH in substantele organice primare formate in fotosinteza si polimerizarea acestora in substante organice complexe ( glucide , lipide , proteina , acizi nucleici , pigmenti ) Conform teoriei lui S. Ruben si M. D. Kamen (1948 ) prima reactie a carboxilarii fotosintetice consta in fixarea CO2 pe un complex organic acceptor , existent in stroma cloroplastelor . In lantul de procese biochimice care au loc la intuneric , M. Calvin si A. A. Benson (1948 ) au stabilit ca primul acceptor organic este compusul 5- fosforibuloza , care provine din hexoze , fosforilate printr-un lant de reactii intermediare . In afara de 5-fosforibuloza exista si alti acceptori pentru CO2 ( acid piruvic , oxid oxililacetic , glicerina ) , dar cu rol foatre redus si in alte procese metabolice . Compusul 5-fosforibuloza este esterificat in prezenta enzimei fosfopentochinaza si a energiei date de ATP trecand in 1,5 difosforibuloza . Prin mutarea gruparii cetonice de la C2 la C3 se formeaza un compus izomer instabil care in prezenta carboximutazei are capacitatea de a capta CO2 la nivelul C2 , dand o noua substanta instabila si energie calorica evaluata la 8kcal/mol CO2 fixat . Ultimul compus instabil se rupe intre C2 si C3 , sub actiunea enzimei carboximutatei si a H2O , dand nastere la doua molecule de acid 3-fosfogliceric . Acidul 3-fosfogliceric este fosforilet in prezenta unei grupari macroergice ATP si a enzimei fosfoglicerochinaza , trecand in acid 1,3difosfogliceric . In continuarie , sub influenta H+ provenit din fotoliza apei si difuzat in stroma cloroplastelor prin intermediul dehidrazelor , precum si in prezenta gruparilor nucleotidice reduse ( NAPDH ) , are loc reducerea acidului 1,3-difosfogliceric in aldehida 3-fosfoglicerica , rolul catalitic fiind indeplinit de enzima 3-fosfogliceraldehiddehidrogenaza . Aldehida 3-fosfoglicerica este o trioza fosforilata si reprezinta cel mai simplu compus glucidic sintetizat in fotosinteza . Pentru sinteza glucidelor mai complexe , respectiv formarea hexozelor , aldehida 3-fosfoglicerica este izomerizata in prezenta triozofosfatizomerazei si trece in 3-fosfodihidroxiacetona . Sub actiunea enzimei aldolaza are loc combinarea unei molecule de 3-fosfodihidroxiacetona , dand nastere la prima hexoza in stare dubla fosforilata , respectiv 1,6-difosfofructoza . Prin procese de defosforilare , 1,6-difosfofructoza se transforma in 6-fosfofructoza . Dupa D.B. Buchman (1971) , aceaste defosforilare la nivelul cloroplastelor implica prezenta feredoxinei , a cationului Mg++ , a gruparii SH si a enzimei fructozo-1,6-difosfactaza.

10