Introduzione alla fotosintesi clorofilliana

Le piante sono organismi autotrofi che, letteralmente, non assimilano i nutrienti dall'esterno ma sintetizzano la propria biomassa carboniosa autonomamente. Per fare questo utilizzano in modo alquanto efficiente l'energia solare che irradia la crosta terrestre. Le piante si sono evolute convergendo verso il progressivo miglioramento dei processi fisici e chimici che sono alla base della fotosintesi in modo da rendere questa serie di reazioni quanto più efficiente ed utile possibile. Le piante, in virtù della fotosintesi, sono ecologicamente definite i “produttori primari” poiché sono gli organismi che, nella catena alimentare, per primi forniscono nutrienti organici, quali l'amido o la cellulosa, sintetizzati a partire da precursori non organici. Per la biosintesi di queste molecole è necessaria la presenza di una grande quantità di energia ed una organizzazione, a livello degli organi e delle singole cellule, che non può lasciare nulla al caso. Le piante soddisfano questi due requisiti perché risultano essere capaci di acquisire l'energia, sotto forma di fotone, e di processarla nelle strutture finemente organizzate che prendono il nome di cloroplasti.

La luce.

La radiazione luminosa fornita dal sole può essere spiegata secondo due teorie: la teoria della luce come onda elettromagnetica e come corpuscolo. La luce ha, quindi, sia una proprietà di particella (fotone) sia una proprietà di onda, con le rispettive caratteristiche di frequenza e di lunghezza d'onda.

Se consideriamo la luce come corpuscolo dobbiamo comprendere che questo elemento può essere meglio definito come fotone. Il fotone possiede una determinata energia definita quanto che può essere espressa usando la legge di Planck:

Dove:

• h rappresenta la costante di Planck ed è pari a 6,626 · 10^-34 J s
• v rappresenta la frequenza

Vista la natura ondulatoria della luce vale anche il modello ondulatorio secondo il quale:

Dove:

• c = Velocità della luce

• v = Frequenza

• λ = Lunghezza d'onda

Conoscendo le equazioni ondulatorie ed elettromagnetiche è possibile stabilire che:

Osservando la precedente equazione è possibile stabilire che la radiazione a maggiore energia ha una minore lunghezza d'onda.

Il sole, come abbiamo già avuto modo di dire, rappresenta l'emettitore principale di energia luminosa. La componente di frequenza della radiazione solare non è omogenea e, in altre parole, la luce, intesa come serie di onde emesse dal sole, possiede differenti frequenze. Gli esseri umani percepiscono le frequenze dello spettro visibile e, ad ogni frequenza, si associa un determinato colore.

Illustrazione: Spettro visibile

Quando un fotone colpisce alcune strutture, quali quelle della clorofilla o degli altri pigmenti presenti nella pianta, può eccitare queste molecole portando un loro elettrone ad un livello energetico superiore. Questo fenomeno accade perché le molecole coinvolte nella fotosintesi, definite con il nome generico di pigmenti, possiedono una sensibilità a delle specifiche frequenze della luce.

Per rendere chiaro questo concetto supponiamo che in una cellula siano presenti una molecola di clorofilla “a”, il cui spettro di assorbimento è pari ad 680nm (luce rossa), ed una molecola di clorofilla “b” che assorbe a 480nm (luce verde). Se forniamo a questa ipotetica cellula soltanto della luce rossa sarà la clorofilla “a” ad avere il maggior beneficio poiché la frequenza della luce coincide con il valore ottimale di assorbimento per il pigmento in esame. Se, invece, forniamo luce verde sarà la clorofilla di tipo “b” ad essere favorita poiché la radiazione luminosa fornita coincide con il valore ottimale di assorbimento.

Questo spiega perché nella fotosintesi non è una sola clorofilla ad essere coinvolta nel processo ma diversi tipi di clorofilla uniti a numerosi altri tipi di pigmenti definiti, globalmente, con il termine di pigmenti accessori. In questo modo la luce solare, che presenta differenti frequenze corrispondenti ai diversi colori visibili, può essere captata non in una sua piccola fetta, ad esempio nella cromaticità del rosso, ma nella sua interezza.