L'energia nelle cellule e la fotosintesi

​​L'energia nelle cellule

Le cellule, per svolgere le proprie attività, necessitano costantemente di energia, la maggior parte della quale viene ricavata dagli zuccheri che vengono poi demoliti in seguito alla reazione con l'ossigeno presente nell'aria.
Il modo in cui vengono ottenuti gli zuccheri permette di classificare organismi autotrofi ed eterotrofi:

• gli autotrofi, come piante e alghe, sono capaci di prodursi autonomamente gli zuccheri necessari mediante un processo chiamato fotosintesi clorofilliana;
  
• gli eterotrofi, come gli animali, ricavano gli zuccheri dagli alimenti di cui si nutrono.

L'energia nelle cellule eucariotiche

Generalmente le cellule eucariotiche, animali e vegetali, ricavano l'energia utile dai processi di glicolisi e respirazione cellulare.

Glicolisi

La glicolisi è un processo che avviene nel citoplasma e permette, mediante una serie di reazioni, di trasformare il glucosio in acido piruvico, il quale reagendo con l'ossigeno dei mitocondri permette la liberazione di energia in un secondo processo noto come respirazione cellulare.

Respirazione cellulare

La respirazione cellulare, oltre a liberare energia, porta alla produzione di due sostanze di scarto come l'acqua e l'anidride carbonica, che verrà eliminata dalla cellula.

Tutte le reazioni che avvengono all'interno di questi due processi possono essere riassunte nella seguente reazione chimica:

​$$\underbrace{C_6H_{12}O_6}_\text{1 molecola di glucosio}+\underbrace{6O_2}_\text{6 molecole di ossigeno}\to\underbrace{6CO_2}_\text{6 molecole di anidride carbonica}+\underbrace{6H_2O}_\text{6 molecole di acqua}+energia$$

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Organismi aerobi ed anaerobi

Vi sono esseri viventi unicellulari, chiamati organismi anaerobi, capaci di vivere in assenza di ossigeno; questi si distinguono da quelli che necessitano ossigeno, detti aerobi.

La caratteristica principale degli organismi anaerobi è che la glicolisi è seguita da un processo chiamato fermentazione, il quale sostituisce la respirazione cellulare.

In particolare, nei lieviti avviene la fermentazione alcolica, la quale consiste nella trasformazione dell'acido piruvico in anidride carbonica e alcol (processo utilizzato nella produzione di vino e birra, oltre che nella lievitazione del pane).

Mentre alcuni batteri vanno incontro alla fermentazione lattica, in cui l'acido piruvico si trasforma in acido lattico (processo usato per la produzione di yogurt e formaggi).

La fotosintesi clorofilliana

Come detto in precedenza, organismi autotrofi come piante e alghe producono gli zuccheri utili mediante la fotosintesi clorofilliana, un processo in cui le piante utilizzano l'energia luminosa per trasformare in zuccheri l'acqua che assorbono dalle radice e l'anidride carbonica che prelevano dall'aria mediante le foglie. Oltre agli zuccheri, la fotosintesi produce anche ossigeno che verrà rilasciato nell'aria in quanto sostanza di scarto.

Se gli zuccheri garantiscono alle piante, oltre che agli erbivori che se ne nutrono, il nutrimento necessario per la loro crescita e la loro vita; l'ossigeno liberato nell'aria viene utilizzato da tutti gli organismi aerobi che abitano la Terra per la respirazione cellulare.
Inoltre, i vegetali attraverso la fotosintesi utilizzano l'anidride carbonica presente nell'aria riducendo notevolmente l'inquinamento.

Tutte le reazioni che avvengono in questo processo possono essere riassunte nella seguente reazione chimica:

​$$\underbrace{6CO_2}_\text{6 molecole di anidride carbonica}+\underbrace{6H_2O}_\text{6 molecole di acqua}+energia\to\underbrace{C_6H_{12}O_6}_\text{1 molecola di glucosio}+\underbrace{6O_2}_\text{6 molecole di ossigeno}$$

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Dove avviene la fotosintesi clorofilliana?

La fotosintesi clorofilliana avviene nei cloroplasti, organuli caratteristici delle cellule presenti nelle parti verdi dei vegetali, quali foglie e steli. Oltre ai vegetali, vi sono anche alcuni batteri unicellulari procarioti che, avendo nella loro cellula una struttura simile al cloroplasto, sono capaci di svolgere la fotosintesi.

I cloroplasti sono caratterizzati al loro interno dalla clorofilla, quel pigmento verde in grado di assorbire l'energia luminosa e dar vita alle reazioni chimiche che permettono di trasformare $$CO_2$$ e $$H_2O$$ in zucchero e $$O_2$$.

La struttura di un cloroplasto

La clorofilla si trova in strutture chiamate tilacoidi che si presentano come sacchetti appiattiti impilati l'uno sull'altro. Le pile di tilacoidi costituiscono i cosiddetti grana, mentre lo spazio tra i vari grana è occupato dallo stroma, un liquido gelatinoso.

1.Grana; 2.Stroma; 3.Tilacoidi