Fotosinteza

Nutritia autotrof fotosintetizanta

• Procesul prin care plantele autotrofe sintetizeaza primii compusi organici din dioxid de carbon si apa, cu ajutorul energiei provenite din radiatiile solare si in prezenta clorofilei, este cunoscut sub denumirea de fotosinteza sau asimilatie clorofiliana.

• Ecuatia globala a acestui proces este urmatoarea:

Importanta procesului de fotosinteza

• Este procesul care utilizeaza sursa inepuizabila de energie, energia solara. In acest proces care utilizeaza dioxidul de carbon provenit din mediul ambiant, din apa sau sol.Aceasta contribuie la mentinerea concentratiei de dioxid de carbon la aproximativ 0.003 % si evita accentuarea fenomenului de sera.

• Eliminarea oxigenului rezultat din procesul de fotosinteza contribuie la mentinerea constanta a concentratiei din atmosfera la valoarea de 21%.

• Din compusii primari ai fotosintezei se utilizeaza numeroase substante existente in tesuturile plantelor care sunt utilizate in diferite ramuri ale industriei alimentare, textile, colorantilor, medicamentelor, materiale de constructii etc

Organul si organitul specializat pentru fotosinteza

Frunza reprezinta organul specializat in care se realizeaza procesul de fotosinteza aceasta are o structura specifica, adaptata pentru desfasurarea acestui proces care consta in :

Suprafata aplatizata Epiderma prevazuta cu stomate Structura bifaciala Prezenta fasciculelor libero-lemnoase(nervuri) Prezenta cloroplastelor

Adaptarile pe care le prezinta cloroplastele pentru desfasurarea procesului de fotosinteza sunt legate de suprafetele mari ale membranelor tilacoide si de prezenta pigmentilor clorofilieni

Se apreciaza ca suprafata acestor membrane din cloroplastele frunzelor de pe un hectar de lucerna, este de 170 de ori mai mare fata de suprafata frunzelor. In cazul unui fag aceasta suprafata este de circa 100 de ori mai mare. Numai suprafata mare a membranelor tilacoide, respectiv suprafata mare de contact cu dioxidul de carbon poate explica absorbtia acestuia, in conditiile concentratiei atat de scazute din atmosfera(aprox. 0,003%).

Membranele tilacoide au structura asemanatoare cu a membranelor plasmatice, adica sunt alcatuite dintr-un strat dublu de galactolipide in care sunt incorporati pigmentii(clorofile, caroteni si xantofile), substante transportoare de electroni si pompe de protoni.

Pigmentii care se gasesc in cloroplaste difera in ceea ce priveste compozitia chimica. In plantele verzi exista: clorofila, in agele rosii:ficoeritrina, in algele albastre: ficocianina si in unele bacterii: bacterioclorofila.

Clorofila este alcatuita din 4 nuclee pirolice care formeaza nucleul porfirinic, care are la centru un atom de magneziu. De nucleul porfirinic se leaga fitolul, care este alcoolul unei hidrocarburi superioare. Dintre clorofile cele mai raspandite sunt clorofila a si clorofila b.

Clorofila a are o grupare metilica, in timp ce clorofila b are o grupare aldehidica. Raportul dintre clorofila a si b este 3/1si poate creste in cazul plantelor heliofile, iubitoare de lumina

Pigmentii carotenoizi sunt reprezentati de carotina si xantofila. Carotina este alcatuita dintr-un lanta de carboni cu legaturi dublu conjugate, care are la capete cate un ciclu iononic. Carotenii pot absorbi radiatiile luminoase din zona albastra a spectrului(400-600nm) si energia absorbita o pot transfera pigmentilor clorofilieni. In acelasi timp au si rol de fotoprotectie, in absenta carotenilor plantele sufera leziuni determinate de procesul de fotooxidare.

Biosinteza pigmentilor se realizeaza in cicluri biochimice diferite, functie de compozitia lor chimica. Pigmentii clorofilieni se biosintetizeaza in cloroplaste in ciclul acidului γ-aminolevulinic.Pigmentii carotenoizi se sintetizeaza in cloroplaste si cromoplaste prin ciclul mevalonat din acetil Coa rezultata din biodegradarea glucidelor si lipidelor

Factori care influenteaza procestul de biosinteza a pigmentilor

• Lumina

• Temperatura

• Oxigenul

• Substantele minerale

Proprietatile pigmentilor asimilatori

• Absorb energia luminoasa, care este utilizata in faza de lumina a fotosintezei

• Sunt solubili in solventi organici• Culoarea: clorofila a - verde albastrui, clorofila b – verde

galbui, carotina – portocaliu, xantofila, galben• Flurescenta clorofilei• Fotooxidarea• Saponificarea• Reactia cu acizii minerali-magneziul este inlocuit cu

hidrogenul rezultand feofitina

Rolul luminii in fotosinteza

Lumina este esentiala pentru desfasurarea procesului de fotosinteza, energia luminoasa solara fiind transformata in energie biochimica

Lumina reprezinta radiatiile electromagnetice emise de corpurile incandescente si care sunt alcatuite din fotoni.Lumina alba este alcatuita din totalitatea radiatiilor care alcatuiesc spectrul vizibil si care au urmatoarele lungimi de unda

• Violet – 400-450 nm• Albastru – 450-500 nm• Verde – 500-570 nm• Galben – 570-590 nm• Portocaliu – 590- 610 nm• Rosu – 610-700nm Energia fotonilor este invers proportionala cu lungimea de unda

Radiatiile albastre care au cea mai mare cantitate de energie determina realizarea unui maxim fotosintetic. Radiatiile rosii, constituie culoarea complementara pentru pigmentii verzi clorofilieni.Din aceata cauza cuantele radiatiilor rosii sunt absorbite mai bine de demoleculele de clorofila din cele mai multe specii de plante., eficienta maxima a fotosintezei realizandu-se in acest domeniu. Cercetarile in acest domeniu au indicat posibilitatea intensificarii procesului de fotosinteza in cazul cultivarii plantelor in spatiile protejate unde calitatea luminii artificiale poate fi modelata

Radiatia activa fotosintetic (PAR) reprezinta regiunea spectrului electromagnetic care induce fotosinteza si include radiatiile cu lungimea de unda cuprinsa intre 400 si 700 nm. Absorbtia radiatiilor din spectrul vizibil se realizeaza cu viteze mari, apropiate de viteza luminii si variaza in functie de lungimea de unda

In functie de intensitatea luminii, cloroplastele se deplaseaza asezandu-se cu axul longitudinal sau transversal pe directia sursei de radiatii. Cloroplastele fixate de citoschelet se deplaseaza in lungul moleculelor de actina, spre zonele cu intensitate luminoasa optima.

Receptia radiatiilor luminoase de catre frunze este dependenta si de indicele suprafetei foliare (LAI), care reprezinta raportul dintre suprafata organelor asimilatoare si suprafata solului acoperita de acestea

Absorbtia luminii se realizeaza conform legii lui Stark – Einstein, care precizeaza ca fiecare molecula de pigment poate absorbi la un moment dat un singur foton si

acest foton poate excita un singur electron

Mecanismul procesului de fotosintezaFaza de lumina

Faza enzimatica a fotosintezeiCiclul Calvin

Factori care influenteaza procesul de fotosinteza

Factori interni• Specia• Varsta frunzelor• Cantitatea de clorofila• Continutul in apa al frunzelor• Continutul frunzelor in elemente minerale • Cerintele pentru fotosintetizanteFactori externi• Lumina • Intensitatea luminii• Compozitia spectrala a luminii(intensitatea maxima a procesului

de fotosinteza are loc la lungimile de unda de 440 si 620 nm)• Dioxidul de carbon• Umiditatea relativa a aerului• Substantele minerale• oxigenul