Test 3 (fotosintesi)

Question 1

Dove avviene la fotosintesi?

Answer 1

Tutte le parti verdi di una pianta contengono cloroplasti e possono compiere la fotosintesi.
La maggior parte dei cloroplasti si trova nelle foglie (circa mezzo milione per millimetro quadrato di superficie fogliare),
che costituiscono quindi il sito principale in cui avviene la fotosintesi.
Il colore delle parti verdi di una pianta è dovuto alla presenza di molecole di clorofilla, un pigmento contenuto nei cloroplasti.
La clorofilla è in grado di assorbire l’energia luminosa e ha perciò un ruolo fondamentale nella fotosintesi.

Question 2

Descrivi brevemente la struttura della foglia in relazione alla fotosintesi.

Answer 2

I cloroplasti sono concentrati nelle cellule del mesofillo, il tessuto verde all’interno della foglia. Minuscoli pori presenti
sulla superficie della foglia e chiamati stomi (dal greco stóma “bocca”) consentono l’ingresso del diossido di carbonio e la fuoriuscita di ossigeno.
L’acqua assorbita dalle radici raggiunge le foglie attraverso le nervature.
Come potete osservare nella fotografia al microscopio ottico (il secondo particolare dall’alto), ogni cellula del mesofillo contiene numerosi cloroplasti.

Question 3

Descrivi la struttura dei cloroplasti.

Answer 3

Le membrane dei cloroplasti formano una serie di compartimenti in cui avvengono le reazioni della fotosintesi (proprio come le membrane dei mitocondri rappresentano la sede per le reazioni della respirazione cellulare).
Un involucro costituito da due membrane, una esterna e una interna, racchiude un compartimento central contenente un liquido denso chiamato stroma. Immerso nello stroma si trova un sistema di sacchetti membranosi interconnessi, i tilacoidi, che racchiudono un ulteriore compartimento interno.
In alcuni punti, i tilacoidi sono disposti in pile dette grani. Le membrane dei tilacoidi ospitano le molecole di clorofilla e parte del dispositivo molecolare che trasforma l’energia luminosa in energia chimica, utilizzata nello stroma per la sintesi degli zuccheri.

Question 4

Da dove proviene l’ossigeno prodotto durante la fotosintesi?

Answer 4

l’ossigeno prodotto durante la fotosintesi proviene dale molecole di acqua e non da quelle di CO2
Sapere da dove proviene l’ossigeno ci aiuta anche a comprendere meglio gli altri processi che si verificano durante la fotosintesi.
Ulteriori esperimenti, per esempio, hanno dimostrato che gli atomi di ossigeno delle molecole di CO, e quelli di idrogeno delle molecole di H2O presenti all’inizio della reazione si ritrovano nelle molecole di zucchero e di acqua che si formano alla fine.
Inoltre l’acqua è sia un reagente che un prodotto della fotosintesi

Question 5

Descrivi la fotosintesi in quanto reazione.

Answer 5

Proprio come la respirazione cellulare, anche la fotosintesi è costituita da numerose reazioni di ossidoriduzione, o redox.
Quando le molecole di acqua si scindono liberando O2 in realtà si ossidano, cioè perdono elettroni e ioni idrogeno (H*).
Allo stesso tempo, il CO2 acquista elettroni e ioni idrogeno, riducendosi a glucosio.

Question 6

Compara la respirazione cellulare e la fotosintesi.

Answer 6

Esaminiamo ora l’equazione della respirazione cellulare, tramite la quale si libera energia chimica (Figura 7.4B).
Nel complesso, la respirazione cellular libera l’energia contenuta in una molecola di glucosio ossidando lo zucchero e riducendo I’O2 ad H2O.
Questo processo comprende un certo numero di reazioni redox nel corso delle quali gli elettroni perdono via via energia potenziale (vedi unità 6).
Al contrario, nelle reazioni redox della fotosintesi, mentre l’acqua si ossida e il COy si riduce, gli elettroni acquistano energia e vengono spinti a un livello energetico superiore graze all’energia luminosa catturata dalle molecole di clorofilla dei cloroplasti.
La fotosintesi trasforma l’energia luminosa in energia chimica, immagazzinandola nei legami chimici delle molecole di zucchero.
In seguito, queste molecole sono utilizzate per ottenere energia oppure materia prima per la sintesi di molecole organiche.

Question 7

Cosa si intende con il termine fotosintesi?

Answer 7

La fotosintesi è un processo biochimico complesso che avviene in due fasi, ciascuna delle quali è costituita da diversi passaggi (Figu-ra 7.5).
Il termine “fotosintesi” (dal greco photós “luce” e synthesis “mettere insieme”) fa riferimento a entrambe le fasi del processo: una prima fase che richiede la presenza di luce e una seconda fase, che non necessita di luce, nella quale vengono sintetizzati gli zuccheri.

Question 8

Descrivi dettagliatamente la fase luminosa della fotosintesi.

Answer 8

Le reazioni della fase luminosa comprendono tutti i passaggi che trasformano l’energia luminosa in energia chimica, liberando O2.
Queste reazioni avvengono nelle membrane dei tilacoidi. L’energia in forma di luce assorbita dalle molecole di clorofilla viene impiegata per trasferire elettroni e ioni H+ dall’acqua al NADP+, riducendolo così a NADPH.
Il NADP+ (nicotinammide adenina dinucleotide fosfato) è un trasportatore di elettroni analogo al NAD+ della respirazione cellular; esso immagazzina temporaneamente elettroni ricchi di energia per alimentare le suc-cessive fasi della fotosintesi. La scissione dell’acqua, oltre a liberare elettroni, genera O2 come prodotto di scarto.
L’energia generata nelle reazioni della fase luminosa è usata inoltre per formare ATP.
Riassumendo, le reazioni della fase luminosa assorbono energia solare e la convertono in energia chimica immagazzinata nelle molecole di ATP e NADPH.
Queste reazioni, dunque, non producono molecole di zuccheri.

Question 9

Descrivi dettagliatamente la fase oscura della fotosintesi.

Answer 9

La seconda fase della fotosintesi, denominata fase oscura perché non richiede la presenza di luce, avviene nello stroma dei cloroplasti.
Questa fase comprende una serie ciclica di reazioni, chiamata ciclo di Calvin, che sintetizza molecole di zuccheri a partire dal CO2, e dalle molecole a elevato contenuto energetico prodotte dalle reazioni della fase luminosa.
Il ciclo di Calvin prende il nome dal biochimico americano Melvin Calvin, premio Nobel per la chimica nel 196l.
Negli anni quaranta del secolo scorso Calvin e i suoi collaboratori sono riusciti a seguire il percorso degli atomi di carbonio nelle reazioni della fase oscura, marcando la molecola di CO, con l’isotopo radioattivo “*C.
In pratica, hanno osservato che il carbonio del CO, viene incorporato nelle molecole organiche, in un processo chiamato fissazione del carbonio (rappresentato nella Figura 7.5 dalla freccia azzurra che collega il CO2 al ciclo).
Dopo la fissazione del carbonio, gli enzimi del ciclo catalizzano la formazione degli zuccheri riducendo ulteriormente il carbonio fissato.
Come suggerisce la figura, il NADPH prodotto nella fase luminosa fornisce gli elettroni che servono per la riduzione del carbonio, mentre ‘ATP fornisce l’energia chimica necessaria.
Benché nessuno di questi passaggi richieda direttamente la luce, nella maggior parte delle piante il ciclo ha luogo durante il giorno, quando avvengono le reazioni della fase luminosa che forniscono il NADPH e l’ATP.

Question 10

Cosa fanno i pigmenti (contenuti nei cloroplasti)?

Answer 10

I pigmenti sono particolari molecole specializzate nell’assorbire la luce. Quando la luce visibile attraversa un cloroplasto (Figura 7.6B), i pigmenti localizzati nelle membrane dei tilacoidi assorbono alcune delle lunghezze d’onda e ne riflettono o ne trasmettono altre.
Noi possiamo vedere soltanto le lunghezze d’onda riflesse e quelle trasmesse, cioè che attraversano la foglia.
Questo spiega perché, per esempio, le foglie delle piante ci appaiono verdi: esse contengono pigmenti che riflettono e trasmettono le radiazioni di lunghezza d’onda corrispondente al colore verde.

Question 11

Parla dei due tipi di clorofilla presenti nei cloroplasti.

Answer 11

Diversi pigmenti sono specializzati nell’assorbire radiazioni di differenti lunghezze d’onda:
la clorofilla a, che partecipa direttamente alle reazioni della fase luminosa, per esempio, assorbe soprattutto la luce di colore rosso e blu-violetto, mentre riflette quella verde.
La clorofilla b, invece, assorbe soprattutto la luce blu e arancione e riflette quella giallo-verde, assumendo quindi questo
colore.
La clorofilla b non partecipa in modo attivo alle reazioni fotosintetiche, ma amplia la gamma di radiazioni che possono essere utilizzate da una pianta, cedendo poi l’energia assorbita alla clorofilla a.

Question 12

Cosa sono i carotenoidi e che funzione hanno?

Answer 12

I cloroplasti contengono anche un’ulteriore famiglia di pigmenti chiamati carotenoidi, con colorazioni nelle diverse sfumature del gallo e dell’arancione.
Le tinte dei carotenoidi diventano evidenti quando le molecole di clorofilla si disgregano e sono responsabili della colorazione assunta dalle foglie in autunno.
Anche i carotenoidi, come la clorofilla b, ampliano lo spettro di colori utili per la fotosintesi, convogliando l’energia assorbita alla clorofilla a.
Alcuni carotenoid svolgono anche un’importante funzione di fotoprotettiva, assorbendo e dissipando l eventuale energia in eccesso che potrebbe danneggiare la clorofilla. (I carotenoidi che assumiamo mangiando carote hanno una funzione fotoprotettiva per gli occhi e la pelle.)

Question 13

Parlami della teoria ondulatoria della luce

Answer 13

La teoria ondulatoria, secondo la quale la radiazione luminosa si comporta come un’onda, spiega la maggior parte delle proprietà della luce.
La luce, tuttavia, si comporta anche come se fosse costituita da singoli pacchetti di energia chiamati fotoni.
Un fotone corrisponde a una quantità ben precisa di energia luminosa: quanto più corta è la lunghezza d’onda della radiazione considerata, tanto maggiore è l’energia del fotone.
Ciascun pigmento assorbe la luce di una o più lunghezze d’onda perché è in grado di assorbire l’esatta quantità di energia dei fotoni in essa contenuti.

Question 14

Cosa succede quando una molecola di pigmento assorbe un fotone?

Answer 14

Quando una molecola di pigmento dei cloroplasti assorbe un foto-
ne, uno degli elettroni del pigmento si sposta da un livello energeti-
co più basso, chiamato stato fondamentale, a un livello energetico
superiore, raggiungendo così uno stato eccitato in cui il suo con-
tenuto di energia potenziale è maggiore. Lo stato eccitato è molto
instabile: in genere, quando molecole isolate di pigmenti assorbono
energia luminosa, i loro elettroni eccitati tornano allo stato fonda-
mentale in un miliardesimo di secondo circa, liberando sotto forma
di calore l’energia in eccesso che avevano acquisito.

Question 15

Descrivi il fenomeno della fluorescenza.

Answer 15

Quando sono isolati e vengono illuminati, al-
cuni pigmenti, tra cui la clorofilla, emettono calore ma anche fo-
toni di luce. Questo fenomeno, che possiamo osservare facilmen-
te in laboratorio, è detto fluorescenza (Figura 7.7A) e dipende dal
fatto che, assorbendo un fotone, la molecola di clorofilla “spinge”
un elettrone in uno stato eccitato. Quando torna allo stato fonda-
mentale, l’elettrone emette luce (un bagliore rossastro) e calore. Il
fenomeno, tuttavia, è osservabile se la clorofilla è isolata; dentro un
cloroplasto il suo comportamento è invece molto diverso. Infatti,
all’interno delle membrane dei tilacoidi, la clorofilla trasferisce i
propri elettroni eccitati alle molecole vicine, prima che essi torni-
no allo stato fondamentale.

Question 16

Che cosa sono i fotosistemi dei cloroplasti?

Answer 16

Le molecole di clorofilla nelle
membrane dei tilacoidi sono accorpate con altri pigmenti e protei-
ne in strutture dall’organizzazione be precisa chiamate fotosiste-
mi (Figura 7.7B). Un fotosistema è costituito da un certo numero di
complessi molecolari deputati all’assorbimento della luce e disposti attorno a un centro di reazione. I complessi per catturare la luce
comprendono molecole di pigmenti (che possono includere la cloro-
filla a, la clorofilla be i carotenoidi) legate a proteine. Nell’insieme,
questi complessi funzionano come antenne specializzate nel cap-
tare e assorbire la luce. I pigmenti assorbono i fotoni e trasferisco-
no l’energia in essi contenuta di molecola in molecola fino al centro
di reazione (il percorso dell’energia è indicato dalle piccole frecce
gialle nella Figura 7.7B).

Question 17

Che cos’è il centro di reazione?

Answer 17

Il centro di reazione è un complesso pro-
teico costituito da una coppia di molecole di clorofilla a e da una
molecola detta accettore primario di elettroni, che può cattura-
re gli elettroni eccitati riducendosi. La prima tappa delle reazioni
della fase luminosa consiste nel trasferimento di un elettrone, in-
nescato dall ‘energia solare, dalla clorofilla a del centro di reazione
all’accettore primario di elettroni.

Question 18

Cosa si intende quando si parla di due foto sistemi diversi per la fase luminosa?

Answer 18

Gli studiosi hanno identificato due tipi di fotosistemi, che parteci-
pano insieme alle reazioni della fase luminosa. Essi vengono definiti
fotosistema I e fotosistema II, secondo l’ordine in cui sono stati sco-
perti, sebbene in realtà sia il fotosistema Il ad agire per primo nella
sequenza di passaggi che costituisce le reazioni della fase luminosa.
Ogni fotosistema possiede un centro di reazione caratteristico. Nel
fotosistema Il, la clorofilla a del centro di reazione è chiamata P680
(P deriva dall’inglese photosystem) perché assorbe soprattutto la luce
con lunghezza d’onda pari a 680 nm. La clorofilla del fotosistema I,
invece, è chiamata P700 perché assorbe meglio la luce con lunghez-
za d’onda pari a 700 nm. Nei prossimi paragrafi vedremo come i due
fotosistemi lavorano insieme per generare ATP e NADPH.

Question 19

Spiega come durante la fase luminosa vengono prodotti ATP, NADPH e O2.

Answer 19

Nelle reazioni della fase luminosa della fotosintesi, l’energia solare è
trasformata nell’energia chimica contenuta nelle molecole di ATP e
NADPH. In questo processo, gli elettroni rimossi dalle molecole d’ac-
qua vengono trasferiti dal fotosistema Il al fotosistema I, e infine al
NAD*. Tra un fotosistema e l’altro gli elettroni passano attraverso
una catena di trasporto simile a quella che si osserva nella respirazione
cellulare (vedi paragrafo 6.5), fornendo energia per la sintesi di ATP.
La Figura 7.8A illustra i due fotosistemi immersi nella membrana
dei tilacoidi e il flusso degli elettroni (frecce arancioni). Di seguito
sono indicati i passaggi fondamentali della fase luminosa.
© Una molecola di pigmento in un complesso per la cattura della
luce assorbe un fotone. Lenergia viene trasferita ad altre mole-
cole di pigmento e raggiunge infine il centro di reazione del fo-
tosistema II, dove eccita uno degli elettroni della clorofilla P680,
portandolo a un livello energetico superiore.
(2) Lelettrone eccitato viene catturato dall’accettore primario di
elettroni.
© Nello spazio interno del tilacoide si scinde una molecola d’ac-
qua, che cede i propri elettroni uno a uno alla clorofilla P680, in
sostituzione di quelli trasferiti all’accettore primario. L’atomo
di ossigeno si combina con un altro atomo di ossigeno derivante
da un’altra molecola d’acqua per formare una molecola di O2.
4 Ciascun elettrone eccitato passa dal fotosistema II al fotosistema
I attraverso una catena di trasporto degli elettroni. La “casca-
ta” esoergonica degli elettroni lungo la catena di trasporto forni-
sce energia per la sintesi di ATP per mezzo del trasferimento di
ioni H’ attraverso la membrana del tilacoide (chemiosmosi).
E Nel frattempo, ‘energia luminosa eccita un elettrone in una mo-
lecola di clorofilla P700 nel centro di reazione del fotosistema I.
Mentre questo elettrone vine catturato dall’accettore primario,
il suo posto viene occupato da un elettrone proveniente dalla ca-
tena di trasporto.
(6 L’elettrone eccitato del fotosistema I viene trasferito attraverso
una breve catena di trasporto al NADPt, che si riduce a NADPH.

Question 20

Cos’è e come avviene la chemiosmosi?

Answer 20

La chemiosmosi è già stata descritta nel paragrafo 6.10 come il
meccanismo usato dalla cellula per formare ATP nei mitocondri.
Lo stesso meccanismo è impiegato anche per sintetizzare moleco-
le di ATP nei cloroplasti. Il processo di chemiosmosi determina la
sintesi di ATP utilizzando l’energia potenziale di un gradiente di
concentrazione di ioni idrogeno (H*) attraverso una membrana. Il
gradiente si crea perché una catena di trasporto degli elettroni uti-
lizza l’energia liberata durante il flusso degli elettroni per spingere
gli ion idrogeno attraverso la membrana.
La Figura 7.9 ilustra le relazioni esistenti tra la struttura di un
cloroplasto e la funzione che esso svolge nell’ambito delle reazioni
della fase luminosa della fotosintesi. Come abbiamo visto, i due fo-
tosistemi e la catena di trasporto che li collega sono situati all’in-
terno della membrana dei tilacoidi (vedi Figura 7.8A). Mano a mano
che gli elettroni eccitati sono trasferiti lungo la catena di trasporto,
gli ioni idrogeno vengono pompati attraverso la membrana dallo
stroma al compartimento interno dei tilacoidi: questo trasferimen-
to attivo (cioè compiuto utilizzando energia) genera un gradiente
di concentrazione.

Question 21

Che cos’è la fotofosforilazione?

Answer 21

La struttura a forma di fiasco rovesciato (a destra nella Figura 7.9) rappresenta il complesso dell’ATP sintetasi, analogo a quello che abbiamo già incontrato nei mitocondri.
L’ATP sintetasi forma un canale attraverso cui gli ioni H+, sfruttando l’energia generata dal gradiente di concentrazione, attraversano
di nuovo la membrana per tornare nello stroma. Come abbiamo visto nel paragrafo 6.10, questo passaggio è accoppiato alla fosforilazione dell’ADP, che diventa quindi ATP. Nella fotosintesi, questo
meccanismo di produzione chemiosmotica dell’ATP prende il nome di fotofosforilazione, dato che la “spinta” energetica iniziale è
data dalla luce del Sole.

Question 22

Quali sono le differenze nei processi chimici tra fotosintesi e respirazione cellulare?

Answer 22

Confrontiamo ora la fotofosforilazione con la fosforilazione ossida-
tiva. Nella respirazione cellulare, gli elettroni ad alta energia che si
spostano lungo la catena di trasporto sono il frutto dell’ossidazio-
ne di molecole nutritive; nella fotosintesi, è l’energia luminosa che
“spinge” gli elettroni in cima alla catena di trasporto. I mitocon-
dri, quindi, trasferiscono energia chimica dalle sostanze nutritive
all’ATP, mentre i cloroplasti trasformano l’energia solare in energia
chimica. Notate inoltre che l’accettore finale di elettroni nella fase
luminosa della fotosintesi non è I’O2, come nella respirazione cel-
lulare, mail NADP*. Gli elettroni non terminano la propria corsa
unendosi a molecole a basso contenuto energetico, come lacqua,
ma a una molecola, il NADPH, a elevato contenuto energetico. Le
molecole di NADPH vengono utilizzate per alimentare le reazioni
della fase successiva della fotosintesi, il ciclo di Calvin, che ha luogo
nello stroma del cloroplasto e utilizza il CO, per sintetizzare zuc.
cheri ad alto contenuto energetico.

Question 23

Spiega le tappe del ciclo di calvin.

Answer 23

la seconda fase della fotosintesi è un processo ciclico perché, come nel caso del ciclo di Krebs nella respirazione cellulare, il composto di partenza vine continuamente rigenerato.
Nel ciclo di Calvin, il composto di partenza è uno zucchero a cinque atomi di carbonio chiamato ribulosio difosfato (RuDP).
Questo stesso composto si riforma al termine delle reazioni della fase oscura chiudendo il ciclo.

1
Fissazione del carbonio. Un enzima chiamato rubisco lega tre molecole di COy ad altrettante molecole dello zucchero a cinque atomi di carbonio ribulosio difosfato (RuDP), generando un prodotto instabile che si scinde in due molecole di acido 3-fosfoglicerico (3-PGA), un acido organico a tre atomi di carbonio.
Ogni tre molecole di CO, che entrano nel ciclo, si generano sei molecole di 3-PGA.

2
Reazione redox. Due reazioni chimiche utilizzano l’energia contenuta in sei molecole di ATP e ossidano sei molecole di NADPH, riducendo cosi sei molecole di 3-PGA ad altrettante molecole dello zucchero gliceraldeide-3-fosfato (G3P) a tre atomi di carbonio e a elevato contenuto energetico.

3
Rilascio di una molecola di G3P. Cinque delle sei molecole di G3P generate nella tappa 2 rimangono nel ciclo. La sola molecola di G3P che abbandona il ciclo rappresenta il prodotto netto della fotosintesi.
Una cellula vegetale può utilizzare la G3P per la sintesi di glucosio o di altre molecole organiche.

4
Rigenerazione del RuDP. Una serie di reazioni chimiche utilizza l’energia dell’ATP per ricombinare gli atomi delle cinque molecole restanti di G3P (15 atomi di carbonio in tutto) e riformare tre molecole di RuDP.
In questo modo, il ciclo può ricominciare.

Question 24

Descrivi le piante C3.

Answer 24

Nella maggior parte delle piante, l’iniziale processo di fissazione del carbonio avviene quando l’enzima rubisco lega il CO2 al RuDP (vedi Figura 7.10B).
Queste piante prendono il nome di piante C3 perché il primo composto organico che producono è l’acido 3-fosfoglicerico (3-PGA), un composto a tre atomi di carbonio. Le piante C3 sono molto diffuse e comprendono, per esempio, la soia, l’avena, il grano e il riso, tutte specie di notevole interesse per l’agricoltura.
Uno dei principali problemi degli agricoltori è il fatto che, nei climi caldi e asciutti, la resa del raccolto diminuisce notevolmente.
Quando gli stomi si chiudono per ridurre la perdita di acqua, I’02 si accumula nelle foglie e l’enzima rubisco finisce con il legare al RuDP non più CO2, ma O2, in un processo chiamato fotorespirazione. Il risultato di questa reazione è un composto a due atomi di carbonio che viene scisso dalla cellula in CO2 e H20.
A differenza della fotosintesi, la fotorespirazione non porta alla sintesi di zuccheri e, a differenza della respirazione cellulare, non comporta la produzione di ATP. Essa, però, consuma fino al 50% del carbonio fissato nel ciclo di Calvin.
Secondo alcuni scienziati, la fotorespirazione rappresenterebbe una sorta di “retaggio” evolutivo, risalente a unepoca in cui l’atmosfera terrestre era molto più povera di O2 di quanto non sia oggi.
In queste condizioni, il fatto che il sito attivo dell’ enzima rubisco non fosse in grado di distinguere tra CO2 e O2non faceva molta differenza.
Soltanto dopo che la concentrazione dell’ossigeno è aumentata, quest incapacità dell’enzima è diventata un problema.
Secondo un’ipotesi alternativa la fotorespirazione avrebbe invece la funzione di proteggere le piante dall’ accumulo dei prodotti della fase luminosa, come accade, per esempio, quando il ciclo di Calvin rallenta per la carenza di CO2.

Question 25

Descrivi le piante C4

Answer 25

In alcune specie di piante si sono evolute modalità alternative di fissazione del carbonio, che permettono di risparmiare acqua senza rallentare il processo di fotosintesi.
Nelle piante C4, per esempio, questo adattamento consiste nel fissare il carbonio in un composto a quattro atomi di carbonio prima che abbia inizio il ciclo di Calvin.
Quando il clima è molto secco e caldo, una pianta C4 chide gli stomi, ma continua a sintetizzare zuccheri per mezzo della fotosintesi, ricorrendo al percorso biochimico illustrato nella Figura 7.12 (a sinistra).
Nelle cellule del mesofillo di queste piante è presente un enzima dotato di un affinità molto elevata per il CO2, in grado quindi di continuare la fissazione del carbonio anche quando la concentrazione di CO2 nelle foglie è molto bassa.
Il composto a quattro atomi di carbonio generato da questo enzima funziona come un trasportatore di carbonio: esso, infatti, trasferisce il CO2 dalle cellule del mesofillo a cellule adiacenti, chiamate cellule della guaina del fascio, localizzate attorno alle nervature delle foglie.
In queste cellule, quindi, la concentrazione di CO2 rimane sempre sufficientemente elevata da consentire al ciclo di Calvin di sintetizzare zuccheri ed evitare la fotorespirazione.
Il mais e la canna da zucchero sono importanti esempi di piante C4 di interesse agrario.

Question 26

Descrivi le piante CAM

Answer 26

Un secondo adattamento per svolgere la fotosintesi in condizioni particolarmente aride è quello che si è evoluto in piante come ananas, cactus, aloe e altre succulente, note nel complesso come piante CAM.
Una pianta CAM risparmia acqua aprendo gli stomi solo durante la notte (Figura 7.12 a destra).
Il CO2 può dunque entrare nelle foglie soltanto di notte e, quando questo accade, il carbonio viene fissato (come nelle piante C4) in un composto a quattro atomi di carbonio che immetterà il CO2 nel ciclo di Calvin durante il giorno.
La fotosintesi, di conseguenza, può avere luogo durante le ore di luce, anche se gli stomi sono chiusi.
Nelle piante C4 la fissazione del carbonio e il ciclo di Calvin avvengono in cellule differenti, mentre nelle piante CAM si svolgono nello stesso tipo di cellule, ma in momenti diversi.
Tutte le piante comunque, C3 C4 e CAM, utilizzano il ciclo di Calvin per sintetizzare zuccheri a partire da CO2.
Le particolari vie biochimiche che si sono evolute nelle piante C4 e CAM rappresentano soltanto due
diverse soluzioni al problema di mantenere attiva la fotosintesi anche quando gli stomi sono parzialmente o del tutto chiusi.