Come funziona la fotosintesi
Nel Seicento (anni 1600) Jan Baptist van Helmont coltivò un salice in 200 libbre di terreno essiccato; dopo cinque anni l'albero aveva guadagnato 164 libbre e il terreno aveva perso circa 2 once.
Da dove viene la massa di un albero?
Se dovessi indovinare da dove proviene il legno di un albero, il terreno sembrerebbe la risposta più ovvia. Van Helmont verificò questa idea. Essiccò in forno 200 libbre di terra, vi piantò un germoglio di salice di cinque libbre e lo annaffiò solo con acqua piovana o distillata per cinque anni. Alla fine l'albero pesava circa 169 libbre e 3 once, mentre il terreno essiccato pesava ancora 200 libbre meno circa 2 once. Concluse che legno, corteccia e radici provenivano soltanto dall'acqua.
Aveva ragione a metà. L'acqua entra nella pianta, ma gran parte della massa secca di un albero è carbonio, e quel carbonio viene dall'aria. Piante, alghe e cianobatteri assorbono anidride carbonica, un gas povero di energia, e usano l'energia della luce solare per trasformarla in zuccheri, ricchi di energia. In OpenStax Biology sono chiamati fotoautotrofi, organismi che producono da sé il proprio nutrimento usando la luce. Animali, funghi e la maggior parte dei batteri sono eterotrofi: vivono degli zuccheri prodotti inizialmente dalla fotosintesi.
La reazione complessiva si scrive di solito 6CO₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂, con la luce come fonte di energia. Sei molecole di anidride carbonica e sei d'acqua diventano una molecola di glucosio e sei d'ossigeno. Sembra semplice, ma il processo reale comprende molti passaggi con molecole intermedie di breve durata.
- Anni 1600: Van Helmont pesa un salice e il suo terreno nell'arco di cinque anni.
- 1771: Priestley: un rametto di menta ripristina l'aria alterata da una candela.
- 1779: Ingenhousz: solo alla luce, solo le parti verdi.
- 1782: Si dimostra che l'ossigeno si forma consumando aria fissa (anidride carbonica).
- 1905: Blackman: fattori limitanti.
Dentro il cloroplasto
In una foglia la fotosintesi avviene soprattutto nello strato intermedio, il mesofillo, all'interno di organuli chiamati cloroplasti. Un cloroplasto possiede una membrana esterna e una interna. Dentro si trovano dischi piatti, i tilacoidi, impilati in strutture chiamate grana e circondati da un fluido, lo stroma. La clorofilla si trova nelle membrane dei tilacoidi. La clorofilla a assorbe luce blu e rossa alle due estremità dell'intervallo visibile (400–700 nanometri) e riflette il verde: ecco perché le foglie appaiono verdi.
Due fasi
Le reazioni dipendenti dalla luce avvengono nelle membrane dei tilacoidi. L'energia luminosa passa da un pigmento all'altro, con 300–400 molecole di clorofilla in ogni antenna, fino a un centro di reazione. Qui l'energia libera un elettrone, che viene sostituito scindendo l'acqua. È da questa scissione che proviene l'ossigeno. L'energia viene conservata temporaneamente in due molecole trasportatrici, ATP e NADPH. Circa il 10 percento dell'ossigeno viene usato dai mitocondri della foglia stessa; il resto passa nell'aria.
La seconda fase, il ciclo di Calvin, avviene nello stroma. Un enzima chiamato RuBisCO lega una molecola di anidride carbonica a uno zucchero a cinque atomi di carbonio, il RuBP, e il prodotto si divide in due molecole a tre atomi di carbonio. ATP e NADPH le trasformano poi in uno zucchero chiamato G3P. Ogni giro del ciclo fissa un solo carbonio, quindi servono tre giri per esportare un G3P e sei per ottenere carbonio sufficiente per un glucosio. Il vecchio nome «reazione al buio» è fuorviante: suggerisce che il ciclo avvenga solo di notte o senza luce, ma il ciclo richiede ATP e NADPH prodotti dalle reazioni luminose.
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- Piante, alghe e cianobatteri producono zuccheri da CO₂ e acqua usando la luce.
- 6CO₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂.
- Reazioni dipendenti dalla luce: membrane dei tilacoidi, scissione dell'acqua, rilascio di O₂, produzione di ATP e NADPH.
- Ciclo di Calvin: stroma, RuBisCO fissa CO₂, tre giri per G3P, sei per glucosio.
| Fotoautotrofo | Organismo che produce il proprio nutrimento usando la luce. |
| Cloroplasto | L'organulo in cui avviene la fotosintesi. |
| Tilacoide | Disco membranoso piatto contenente clorofilla; le pile formano i grana. |
| Stroma | Il fluido intorno ai grana, sede del ciclo di Calvin. |
| RuBisCO | L'enzima che fissa CO₂ sul RuBP. |
| G3P | Zucchero a tre atomi di carbonio prodotto dal ciclo di Calvin. |
- Da dove proviene la maggior parte della massa secca di un albero?
- Dall'anidride carbonica dell'aria
- Dai minerali del terreno
- Dalla luce solare stessa
- Dall'ossigeno dell'aria
- Il salice di van Helmont passò da 5 libbre a circa 169 libbre. Quante libbre guadagnò (ignora le 3 once)?
- Il terreno perse circa 2 once (1 libbra = 16 once). Quante volte il guadagno di 164 libbre dell'albero fu maggiore della perdita del terreno?
- Quale gas ripristinò il rametto di menta di Priestley, permettendo alla candela di bruciare di nuovo?
- Ossigeno
- Anidride carbonica
- Azoto
- Vapore acqueo
- Che cosa aggiunse Ingenhousz nel 1779?
- Le piante ripristinano l'aria solo alla luce e solo con le parti verdi
- Le piante assorbono anidride carbonica
- Nella fotosintesi l'acqua viene scissa
- Il ciclo di Calvin
- Dove avvengono le reazioni dipendenti dalla luce?
- Nelle membrane dei tilacoidi
- Stroma
- Nella parete cellulare
- Nel nucleo
- Da quale molecola proviene l'ossigeno rilasciato da una pianta?
- Acqua
- Anidride carbonica
- Glucosio
- ATP
- Quanti giri del ciclo di Calvin forniscono il carbonio per una molecola di glucosio?
- Perché le foglie appaiono verdi?
- La clorofilla assorbe luce blu e rossa e riflette il verde
- La clorofilla assorbe luce verde
- Le foglie emettono luce verde
- I carotenoidi assorbono luce rossa
- Perché oggi «reazione al buio» è considerato un nome poco adatto per il ciclo di Calvin?
- Richiede ATP e NADPH dalle reazioni luminose, quindi non funziona indipendentemente dalla luce
- Avviene solo di notte
- Produce luce
- Avviene fuori dal cloroplasto
Fonti di questo corso (16)
- -fix5: gravity calculation corrected using rho*g*h = 1000*9.8*h Pa
- the cited textbook has a tenfold coefficient error. Sources (checked 2026-10-17): OpenStax Biology 2e 8.1 Overview of Photosynthesis (photoautotrophs, mesophyll, stomata on the underside, guard cells, chloroplast, thylakoid, granum, stroma, two stages; openstax.org/books/biology-2e/pages/8-1-overview-of-photosynthesis)
- 8.2 The Light-Dependent Reactions (400 to 700 nm, chlorophyll a absorbs blue and red, carotenoids, 300 to 400 chlorophylls per antenna, water split at PSII, about 10 percent of the oxygen used by the leaf's mitochondria; .../8-2-the-light-dependent-reactions-of-photosynthesis)
- 8.3 Using Light Energy to Make Organic Molecules (RuBisCO, 3-PGA, G3P, three turns per G3P and six per glucose, "dark reaction" outdated, cacti fix CO2 at night; .../8-3-using-light-energy-to-make-organic-molecules)
- 30.3 Roots (tap and fibrous roots, root cap, three zones in the first centimetre, root hairs, endodermis and Casparian strip; .../30-3-roots)
- 30.4 Leaves (lamina, petiole, midrib, parallel and reticulate venation, Ginkgo, cuticle, trichomes, palisade in one to three layers, spongy mesophyll, guard cells the only epidermal cells with chloroplasts, xylem and phloem, needles and spines; .../30-4-leaves)
- 30.5 Transport of Water and Solutes (redwoods near 116 m, turgor 0.6 to 0.8 MPa and up to 1.5 MPa = 210 psi vs tyres 30 to 34 psi, gravity -0.1 MPa per metre, -2 MPa at the leaf surface, cohesion-tension, up to 90 percent of the water lost, sources and sinks, phloem sap up to 30 percent sugar; .../30-5-transport-of-water-and-solutes-in-plants)
- 31.3 Nutritional Adaptations (rhizobia, nodules, nitrogenase, biological fixation 65 percent of nitrogen used in agriculture, mycorrhizae in more than 80 percent of land plants, up to 20 percent of the carbon; .../31-3-nutritional-adaptations-of-plants)
- 32.2 Pollination and Fertilization (self and cross pollination, bees cannot see red, nectar guides, bats, birds, wind, water, at least 25,000 orchid species, double fertilization 2n zygote and 3n endosperm, seed parts, scutellum, fruit types, dispersal, dormancy; .../32-2-pollination-and-fertilization)
- Britannica, Photosynthesis: history (Priestley 1771, Ingenhousz 1779, 1782: oxygen formed at the expense of fixed air, identified the year before as carbon dioxide) (britannica.com/science/photosynthesis/History-of-the-study-of-photosynthesis)
- Smithsonian Libraries, Ingenhousz, Experiments upon Vegetables, 1779 (library.si.edu/digital-library/book/experimentsuponv00inge)
- van Helmont's account (200 pounds of earth, 5 pound willow, 169 pounds and about 3 ounces after five years, soil short by about 2 ounces)
- quoted from Howe 1965 by S. G. Saupe, College of St. Benedict and St. John's University (employees.csbsju.edu/ssaupe/biol115/van_helmont.htm)
- F. F. Blackman, Optima and Limiting Factors, Annals of Botany 19:281-296, April 1905 (doi.org/10.1093/oxfordjournals.aob.a089000)
- NOAA Global Monitoring Laboratory, Trends in CO2 (gml.noaa.gov/ccgg/trends/: Mauna Loa September 2026 monthly mean 426.07 ppm)
- NOAA Climate.gov, Climate change: atmospheric carbon dioxide (280 ppm or less before the Industrial Revolution of the mid-1700s, from ice cores; climate.gov/news-features/understanding-climate/climate-change-atmospheric-carbon-dioxide).
Consultato il: 2026-10-17