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La fotosintesi clorofilliana è una elaborazione chimica grazie alla quale le piante producono sostanze organiche (in particolare carboidrati) con l'anidride carbonica, l'acqua metabolica, insieme alla luce del sole. Le varie reazioni chimiche che formano la fotosintesi rientrano tra i processi anabolici dei carboidrati e sono totalmente contrari ai processi inversi di catabolismo (ossidazione).
Mentre è in atto la fotosintesi, con l'aiuto della clorofilla, la luce solare favorisce la conversione di sei molecole di CO2 e sei molecole d'H2O in una sola molecola di glucosio (C6H12O6), zucchero importantissimo per le piante. Come sottoprodotto della fotosintesi produce 6 molecole di ossigeno, che la pianta sprigiona nell'ambiente per mezzo de gli stomi i quali sono sulle foglie (piccoli fori).
Il processo di fotosintesi è il primario produttore di composti organici da sostanze inorganiche predominante sulla Terra e, sicuramente, è la prima forma di processo anabolico supportato dagli organismi viventi.

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La fotosintesi clorofilliana avviene in due fasi distinte:

  • Quella luminosa (o luce-dipendente), cioè in presenza di luce
  • E quella di fissazione del carbonio (fase oscura, indipendente dalla luce)

La seconda di queste: viene chiamata fase al buio; tuttavia, potrebbe essere non corretto, in quanto non si riferisce alla mancanza di luce visto che vari enzimi di questa fase sono innescati dalla luce, tanto è vero che si manifesta contemporaneamente alla fase di luce e non durante la notte. Infatti durante la notte si ha scarsità di ATP e NADPH, i quali si producono durante la fase del giorno e gli stomi sono chiusi, quindi la CO2 non puo penetrare; inoltre di notte sussiste anche l'inattività di vari enzimi i quali sono luce-dipendenti.

Le reazioni della fase luce dipendente: Il processo fotosintetico avviene internamente ai cloroplasti. Al loro interno vi è un sistema di membrane (tilacoidi), e alcune lamelle di congiunzione (lamelle intergraniche). Nelle stesse membrane si trovano delle molecole di clorofilla, unite a formare i fotosistemi. Si può distinguere il fotosistema I e il fotosistema II.
I fotosistemi sono un mix di molecole e di pigmenti sistemati in modo da racchiudere una molecola di clorofilla particolare chiamata "a trappola". La forza del fotone viene scambiata da molecola a molecola fino a raggiungere la clorofilla speciale. Nel fotosistema I la molecola trappola si eccita ad una lunghezza d'onda di 700 nm, invece nel fotosistema II a 680 nm. Queste molecole sono tutte capaci di catturare l'energia della luce, ma soltanto quelle di clorofilla A possono passare ad uno stato eccitato che innesca la reazione fotosintetica.

Invece le molecole che servono per la captazione sono chiamate molecole antenna; quelle attivatrici del processo fotosintetico sono a loro volta chiamate centri di reazione. La "fase luminosa" è condizionata dalla clorofilla A, che assorbe solamente lo spettro di luce rossa, blu e violetta. L'energia presa dalle molecole di clorofilla favorisce la promozione di elettroni da orbitali atomici con minor energia a orbitali con maggiore energia. I quali vengono immediatamente scambiati attraverso una scissione di molecole d'acqua (che, da H2O, si divide in due protoni, due elettroni ed un ossigeno per mezzo della fotolisi, azionta dal OEC complesso evolvente ossigeno associato al fotosistema II). Gli elettroni emanati dalla clorofilla del fotosistema II vengono inseriti in una catena di trasporto formata dal citocromo, che nel frattempo perdono energia, trasformandosi e assumendo un energia inferiore. L'energia dispersa viene a sua volta utilizzata per spingere i protoni dallo stroma all'interno del tilacoide, formando un gradiente protonico.