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Reazioni dipendenti dalla luce (fotofosforilazione)

1954
  • Daniel I. Arnon
Cloroplasti in un ambiente di laboratorio che evidenziano le reazioni dipendenti dalla luce nella fisiologia delle piante.

(Immagine generata a solo scopo illustrativo)

La prima fase della fotosintesi, le reazioni dipendenti dalla luce, avviene nelle membrane tilacoidali dei cloroplasti. L'energia luminosa viene catturata dalla clorofilla per scindere l'acqua (fotolisi), rilasciando ossigeno, protoni (H+) ed elettroni (e-). Questa energia viene utilizzata per creare due molecole che trasportano energia: l'adenosina trifosfato (ATP) e il nicotinammide adenina dinucleotide fosfato (NADPH), che alimentano le successive reazioni. Ciclo di Calvin.

Le reazioni dipendenti dalla luce si innescano quando i fotoni colpiscono le molecole di pigmento nel Fotosistema II (PSII). Questo eccita gli elettroni, che vengono poi trasmessi lungo una catena di trasporto degli elettroni. Per sostituire questi elettroni, il PSII scinde le molecole d'acqua nel complesso che sviluppa ossigeno, un processo chiamato fotolisi, che rilascia O2 come sottoprodotto. Mentre gli elettroni scendono lungo la catena di trasporto verso il Fotosistema I (PSI), la loro energia viene utilizzata per pompare protoni dallo stroma al lume del tilacoide, creando una forza protonico-motrice.

Nel fotosistema I (PSI), gli elettroni vengono rienergizzati da un altro fotone e utilizzati per ridurre il NADP+ a NADPH. Il gradiente protonico che si crea attraverso la membrana tilacoide aziona un enzima chiamato ATP sintasi, che sintetizza ATP a partire da ADP e fosfato inorganico, mentre i protoni ritornano nello stroma. Questo processo è noto come fotofosforilazione. In alcuni casi, può verificarsi un percorso ciclico che coinvolge solo il PSI, il quale genera ATP ma non NADPH, contribuendo a bilanciare il fabbisogno energetico della cellula.

UNESCO Nomenclature: 2417
- Fisiologia vegetale

Tipo

Processo biochimico

Interruzione

Fondamento

Utilizzo

Uso diffuso

Precursori

  • scoperta dei cloroplasti da parte di Hugo Von Mohl
  • isolamento della clorofilla di Peter Joseph Pelletier e Joseph Bienaime Caventou
  • La dimostrazione di Robert Hill secondo cui i cloroplasti isolati producono ossigeno in presenza di luce e di un accettore di elettroni artificiale (la reazione di Hill).
  • scoperta dell'ATP come principale valuta energetica della cellula

Applicazioni

  • ricerca sulla fotosintesi artificiale
  • sviluppo di erbicidi che prendono di mira le catene di trasporto degli elettroni
  • comprensione della conversione dell'energia solare
  • produzione di bioidrogeno dalle alghe

Brevetti:

NA

Idee e potenziali innovazioni

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Argomenti correlati: reazioni dipendenti dalla luce, fotofosforilazione, tilacoide, clorofilla, fotosistema II, fotosistema I, catena di trasporto degli elettroni, ATP, NADPH, fotolisi.

Contesto storico

Reazioni dipendenti dalla luce (fotofosforilazione)

1940
1950
1950
1954
1960
1967
1970
1930
1940
1950
1951
1958
1960
1970
1973

(se la data è sconosciuta o non rilevante, ad esempio "meccanica dei fluidi", viene fornita una stima approssimativa della sua notevole comparsa)

Invenzioni, innovazioni e principi tecnici correlati

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