Fotosinteza

Fotosinteza este procesul de fixare a dioxidului de carbon din atmosferă de către plantele verzi (cu clorofilă), în prezența radiațiilor solare, cu eliminare de oxigen și formare de compuși organici (glucide, lipide, proteine) foarte variați. Deși apaparticipă în fotosinteză, ca și dioxidul de carbon, ea nu constituie, nici chiar când este în cantități reduse, un factor limitant pentru toate speciile. Intensitatea fotosintezei se exprimă cantitativ prin volumul de gaz degajat pe unitate de timp.

1. Apa în fotosinteză

Fără apă, viața plantelor, ca de altfel a tuturor viețuitoarelor de peTerra, este imposibilă. După cum se știe, globul pământesc este aprovizionat cu apă în mod inegal. Cele mai puține precipitații, inegal distribuite în cursul anului, cad în deșerturi. Deșerturile se găsesc pe aproape toate continentele, ocupând suprafețe mai mari sau mai mici, populate cu o floră și o faună specifică. Toate procesele metabolice depind de cantitatea de apă din țesuturi. Un deficit de apă în țesuturile asimilatoare influențează direct procesul fotosintezei atât în faza de lumină, cât și în faza de întuneric, provocând inhibarea acestuia. Deoarece principalul rezultat al pierderilor turgescenței îl constituie închiderea stomatelor, schimbul de gaze care are loc în fotosinteză, respirație și fotorespirație, este mult îngreunat. Totuși, și alți factori nonstomatici intervin în reducerea fotosintezei sub influența deficitului și stresului de apă.

Adaptări ale organismelor

Deși speciile de plante care cresc în ținuturile aride aparțin mai multor familii botanice, ele capătă mai mult

sau mai puțin același aspect. Astfel datorită apei insuficiente, o parte din plantele din deșerturi și-au pierdut

frunzele, care s-au transformat în spini pentru a împiedica transpirația, asimilația clorofiliană fiind preluată

de către tulpinile verzi ce au clorofilă. Tulpinile verzi, asimilatoare, pot fi sferice, lățite ca niște frunze sau

cilindrice și ramificate ca niște candelabre. Deși suculente, conținând o mare cantitate de apă acumulată de

țesutul acvifer, animalele nu se pot atinge de ele datorită spinilor puternici ce constituie o bună armă de

apărare. Și acești spini nu sunt altceva decât frunzele reduse la nervura principală.Aceste forme de adaptare

se întilnesc mai ales la plantele de deșert, cele din familia Cactaceae numite simplu – cactuși și care sunt

caracteristice (cu unele excepții) deșertului Mexican. Dacă nu chiar toate speciile de plante care trăiesc în

locuri secetoase au imitat, mai mult sau mai puțin, forma cactusului, în schimb toate au păstrat

caracteristicile de bază: stomatele sunt deschise numai noaptea, cuticula frunzelor este groasă și

impermeabilă, plasma celulară se păstrează întotdeauna, indiferent de temperatură, în stare hidratată.

Unele alge produc în anumite condiții hidrogen în loc de oxigen.

2. Reacții

A. Reacții fotochimice

În stadiul dependent de lumină (reacția la lumină),clorofila absoarbe energia luminoasă, care stimulează

unii electroni din moleculele de pigment, transferându-i pe straturi cu niveluri mai ridicate de energie.

Aceștia părăsesc clorofila și trec printr-o serie de molecule, formând NADPH (o enzimă) și molecule ATP

care stochează energia. Oxigenul rezultat în urma reacțiilor chimice este eliberat în atmosferă prin porii

frunzelor.

B. Reacții nefotochimice ( de întuneric )

Ciclul Calvin (descoperit de Melvin Calvin) reprezintă o serie de reacții biochimice, care au loc in stroma

organismelor fotosintetice, în timpul fazei de întuneric. În cadrul acestui proces, energia cinetică a fotonilor

este transformată în energie chimică de legătură. NADPH și ATP sunt compușii care conduc la cel de al

doilea stadiu al fotosintezei, (sau ciclul Calvin).În acest stadiu, glucoza este produsă folosindu-se dioxid de

carbon din atmosferă.

3. Aspectul energetic al fotosintezei

Au trebuit să treacă încă 44 ani pentru ca aspectul energetic al fotosintezei să fie cunoscut. Meritul revine

medicului și fizicianului german Robert Mayer, care a aplicat legea conservării energiei la viețuitoare.

Astfel, în 1845 el a publicat lucrarea "Mișcarea organică în relație cu metabolismul", în care a explicat clar

transformarea energiei în procesul fotosintezei. În timpul efectuării fotosintezei, plantele înmagazinează

energia luminii solare sub formă de energie chimică.ei în natură. Plantele nu creează energie, ci numai o

transformă pe cea primită de la soare. În plus, Mayer afirmă că viața animalelor este dependentă de această

proprietate unică a plantelor verzi. Astfel energia consumată de animale în timpul vieții provine din

radiațiile solare. Acest fapt stabilește ferm procesul de fotosinteză ca fiind unul dintre fenomenele cele mai

importante din lumea viețuitoarelor. Ecuația generală a fotosintezei putea fi scrisă atunci:

6 CO2 + 6 H2O + lumină solară → C6H12O6 + 6 O2

Dioxid de carbon + Apă + Energie luminoasă → Glucoză + Oxigen

Fotosinteza are loc în cloroplaste și în zona citoplasmei care le înconjoară. La nivelul

cloroplastelor alături de clorofila a, pigment activ în reacțiile fotochimice, se mai găsesc și alți

pigmenți, cu rol de pigmenți accesori:

Clorofilă b, clorofilă c

Carotenoizi

Flavonoide

Pigmenți ficobilinici = ficobiliproteine

Mecanismul clorofilei se pare că include 3 procese principale:

Fotofosforilarea

Fotoliza apei

Fixarea și transformarea CO2 în glucide

4. Factori

Poluarea aerului și fotosinteza

Este poate necesar de reamintit că rolul epurator al aerului ambiant, atribuit plantelor este totuși limitat,

astfel că este iluzoriu să considerăm că oxigenul produs de o pădure poate compensa pe cel consumat de

către avioanele cu reacție la decolarea de pe un aerodrom. În schimb, rolul fizic al plantelor este mult mai

important. Diferitele plantații de arbori, de garduri vii sau de masive împădurite vor avea un rol fizic de

dispersare a poluanților, modificând asperitățile naturale ale solului, producând modificări higrometrice și

de temperatură locale, toate favorizând o mai bună dispersare sau fixare la sol a diferiților poluanți emiși în

atmosferă. Aceasta presupune în primul rând, cunoașterea mecanismelor de intoxicare a plantelor cu

poluanții aerului, pentru a putea imagina apoi fie o modalitate de atenuare a efectelor, fie un mod de

selecționare a speciilor rezistente. Astfel, principalii poluanți întâlniți sunt: dioxidul de

sulf, derivații fluorului, oxizii de azot, ozonul și numeroase alte substanțe produse de diferite industrii,

ca acidul clorhidric, pulberile, monoxidul de carbon. Ei limitează suprafața activă fotosintetic a frunzelor.