Mentre lo zucchero glucosio viene utilizzato per l'energia, ha anche altri scopi. Ad esempio, le piante usano il glucosio come componente per costruire amido per accumulo di energia a lungo termine e cellulosa per costruire strutture.
La molecola più comune usata per la fotosintesi è clorofilla. Le piante sono verdi perché le loro cellule contengono un'abbondanza di clorofilla. La clorofilla assorbe l'energia solare che guida la reazione tra anidride carbonica e acqua. Il pigmento appare verde perché assorbe le lunghezze d'onda blu e rosse della luce, riflettendo il verde.
La clorofilla non è una singola molecola di pigmento, ma piuttosto è una famiglia di molecole correlate che condividono una struttura simile. Esistono altre molecole di pigmento che assorbono / riflettono diverse lunghezze d'onda della luce.
Le piante appaiono verdi perché il loro pigmento più abbondante è la clorofilla, ma a volte puoi vedere le altre molecole. In autunno, le foglie producono meno clorofilla in preparazione all'inverno. Mentre la produzione di clorofilla rallenta,
le foglie cambiano colore. Puoi vedere i colori rosso, viola e oro di altri pigmenti fotosintetici. Le alghe visualizzano comunemente anche gli altri colori.I mitocondri eseguono la respirazione cellulare aerobica, che utilizza l'ossigeno per produrre adenosina trifosfato (ATP). La rottura di uno o più gruppi di fosfati al di fuori della molecola rilascia energia in una pianta che le cellule animali possono usare.
I cloroplasti contengono clorofilla, che viene utilizzata nella fotosintesi per produrre glucosio. Un cloroplasto contiene strutture chiamate grana e stroma. Grana assomiglia a una pila di pancake. Collettivamente, forma grana a struttura chiamata tiroideo. Il grana e il tilacoide sono le reazioni chimiche dipendenti dalla luce (quelle che coinvolgono la clorofilla). Il fluido intorno alla grana è chiamato stroma. Questo è dove si verificano reazioni indipendenti dalla luce. Le reazioni indipendenti dalla luce a volte sono chiamate "reazioni oscure", ma questo significa solo che la luce non è richiesta. Le reazioni possono verificarsi in presenza di luce.
Il glucosio è uno zucchero semplice, ma è una molecola grande rispetto all'anidride carbonica o all'acqua. Ci vogliono sei molecole di anidride carbonica e sei molecole di acqua per produrre una molecola di glucosio e sei molecole di ossigeno. Il equazione chimica bilanciata per la reazione complessiva è:
Sia la fotosintesi che la respirazione cellulare producono molecole utilizzate per l'energia. Tuttavia, la fotosintesi produce lo zucchero glucosio, che è una molecola di accumulo di energia. La respirazione cellulare prende lo zucchero e lo trasforma in una forma utilizzabile sia dalle piante che dagli animali.
La fotosintesi richiede anidride carbonica e acqua per produrre zucchero e ossigeno. La respirazione cellulare utilizza ossigeno e zucchero per rilasciare energia, anidride carbonica e acqua.
Le piante e altri organismi fotosintetici eseguono entrambe le serie di reazioni. Di giorno, la maggior parte delle piante prende anidride carbonica e rilascia ossigeno. Durante il giorno e la notte, le piante usano l'ossigeno per liberare energia dallo zucchero e rilasciare anidride carbonica. Nelle piante, queste reazioni non sono uguali. Le piante verdi rilasciano molto più ossigeno di quello che usano. In realtà, sono responsabili dell'atmosfera respirabile della Terra.
Si chiamano organismi che usano la luce per l'energia necessaria per produrre il proprio cibo produttori. In contrasto, consumatori sono creature che mangiano i produttori per ottenere energia. Mentre le piante sono i produttori più noti, alghe, cianobatteri e alcuni protisti producono anche zucchero attraverso la fotosintesi.
Molte persone conoscono le alghe e alcuni organismi monocellulari sono fotosintetici, ma lo sapevi alcuni animali pluricellulari lo sono, pure? Alcuni consumatori eseguono la fotosintesi come fonte di energia secondaria. Ad esempio, una specie di lumaca di mare (Elysia chlorotica) ruba i cloroplasti di organelli fotosintetici dalle alghe e li inserisce nelle proprie cellule. La salamandra maculata (Ambystoma maculatum) ha una relazione simbiotica con le alghe, usando l'ossigeno in più per fornire mitocondri. Il calabrone orientale (Vespa orientalis) utilizza la xantoperoperina di pigmento per convertire la luce in elettricità, che utilizza come una sorta di cella solare per alimentare l'attività notturna.
La reazione generale descrive l'input e l'output della fotosintesi, ma le piante usano diversi insiemi di reazioni per raggiungere questo risultato. Tutte le piante usano due percorsi generali: reazioni luminose e reazioni oscure (Ciclo di Calvin).
"Normale" o C3 la fotosintesi si verifica quando le piante hanno molta acqua disponibile. Questo insieme di reazioni utilizza il enzima La carbossilasi RuBP reagisce con l'anidride carbonica. Il processo è altamente efficiente perché sia le reazioni di luce che quelle di buio possono verificarsi simultaneamente in una cellula vegetale.
In C.4 fotosintesi, viene utilizzato l'enzima carbossilasi PEP al posto della carbossilasi RuBP. Questo enzima è utile quando l'acqua può essere scarsa, ma tutte le reazioni fotosintetiche non possono aver luogo nelle stesse cellule.
Nel metabolismo dell'acido cassulacean o Fotosintesi CAM, l'anidride carbonica viene assorbita solo nelle piante durante la notte, dove viene immagazzinata in vacuoli per essere processata durante il giorno. La fotosintesi CAM aiuta le piante a conservare l'acqua perché gli stomi delle foglie sono aperti solo di notte, quando è più fresco e più umido. Lo svantaggio è che la pianta può produrre glucosio solo dall'anidride carbonica immagazzinata. Poiché si produce meno glucosio, le piante del deserto che usano la fotosintesi CAM tendono a crescere molto lentamente.
Le piante sono maghi per quanto riguarda la fotosintesi. Tutta la loro struttura è costruita per supportare il processo. Le radici della pianta sono progettate per assorbire l'acqua, che viene quindi trasportata da uno speciale tessuto vascolare chiamato xilema, quindi può essere disponibile nello stelo e nelle foglie fotosintetici. Le foglie contengono pori speciali chiamati stomi che controllano lo scambio di gas e limitano la perdita d'acqua. Le foglie possono avere un rivestimento ceroso per ridurre al minimo la perdita d'acqua. Alcune piante hanno spine per favorire la condensazione dell'acqua.
Molte persone sono consapevoli del fatto che la fotosintesi libera l'ossigeno necessario agli animali per vivere, ma il altro componente importante della reazione è la fissazione del carbonio. Gli organismi fotosintetici rimuovono l'anidride carbonica dall'aria. L'anidride carbonica si trasforma in altri composti organici, sostenendo la vita. Mentre gli animali espirano anidride carbonica, alberi e alghe agiscono come un pozzo di carbonio, mantenendo la maggior parte dell'elemento fuori dall'aria.