Il processo fotosintetico è tipico degli organismi autotrofi, e riguarda la trasformazione dell’energia luminosa in energia chimica. In sintesi si può riassumere la fotosintesi nella seguente equazione:

6H2O+6CO2+energia (solare)àC6H12O6+6O2

Gli organuli atti a svolgere questo importante processo sono i cloroplasti; essi si trovano nelle cellule delle foglie ed in particolare in quelle del mesofillo a palizzata, che ne può contenere fino a 50.

Un cloroplasto è costituito, dall’esterno all’interno, da una membrana esterna, da una membrana interna, dallo stroma, contenente enzimi per produrre zuccheri e dai grani, formati a loro volta dalle membrane dei tilacoidi contenenti i pigmenti accessori fotosintetici.

I pigmenti sono speciali polimeri in grado di assorbire determinate lunghezze d’onda della luce, riflettendone altre. Nel caso di una pianta superiore, i pigmenti principali sono la clorofilla a e la clorofilla b, mentre xantofille e carotenoidi hanno la funzione di ampliare lo spettro di assorbimento.

In particolare, le clorofille sono macromolecole scomponibili in due subunità: un anello tetrapirrolico, con un atomo di magnesio centrale ed una coda di fitolo, un alcol a 20 atomi di carbonio con la funzione di orientare l’anello tetrapirrolico in direzione della luce.

All’interno delle membrane fotosintetiche dei tilacoidi i pigmenti accessori lavorano in coppia, costituendo i fotosistemi.

Tornando al processo fotosintetico, questo si suddivide in due fasi: la fase luminosa e la fase oscura.

Fase luminosa: sfrutta l’energia solare per innalzare il livello energetico degli elettroni della clorofilla del fotosistema I, i quali, attraverso una catena di trasporto si legano al NADP+ formando NADPH e contemporaneamente anche ATP. A questo punto la clorofilla deve rimpiazzare gli elettroni persi, rimediandoli attraverso l’idrolisi (H2OàH+ +1/2 O2) che avviene nel fotosistema II.

Fase oscura o ciclo di Calvin: non richiede la presenza di luce, e viene prodotto glucosio a partire dall’ATP e NADPH formatisi durante la fase  luminosa. Il processo ha inizio quando una molecola di anidride carbonica (CO2) si lega al ribulosio difosfato, uno zucchero a cinque atomi di carbonio, formando un composto instabile che si rompe subito, ottenendo acido fosfoglicerico (PGA); questo, legandosi al NADPH e all’ATP prodotti durante la fase luminosa, si trasforma in fosfogliceraldeide (PGAL), che si unisce all’idrogeno ottenuto mediante idrolisi formando glucosio (C6 H12 O6) ed ossigeno (6O2). L’ATP ed il NADPH ormai “scarichi”, ritornano alla fase luminosa per accumulare ulteriore energia da smaltire in questo processo. Infine, per produrre una sola molecola di glucosio sono necessari ben sei cicli di Calvin, attraverso i quali vengono prodotte 12 molecole di gliceraldeide, due delle quali serviranno a formare il glucosio, mentre le restanti 10 verranno utilizzate per formare il ribulosio difosfato, in modo che il ciclo possa ricominciare.

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