La fotosintesi clorofilliana e i plastidi

Classificazione e nutrizione degli esseri viventi

Gli esseri viventi sono classificati in base alla loro modalità di nutrizione. Le piante sono organismi autotrofi che sintetizzano composti organici essenziali attraverso la fotosintesi clorofilliana o la chemiosintesi, utilizzando rispettivamente l'energia solare o reazioni chimiche inorganiche. Gli animali sono eterotrofi e dipendono direttamente o indirettamente dalle piante o da altri organismi per il loro nutrimento, consumando materia organica già formata. I funghi, anch'essi eterotrofi, ottengono nutrimento attraverso l'assorbimento di sostanze organiche da materia in decomposizione. La fotosintesi clorofilliana è un processo biologico fondamentale che avviene nei cloroplasti delle piante, alghe e alcuni batteri fotosintetici, convertendo l'energia luminosa in energia chimica sotto forma di glucosio, con il rilascio di ossigeno come sottoprodotto.

Struttura e funzioni della cellula vegetale

Le cellule vegetali, caratterizzate da una struttura eucariotica complessa, possiedono organuli distintivi come la parete cellulare rigida composta principalmente da cellulosa, i plastidi e un grande vacuolo centrale. I plastidi, tra cui i cloroplasti, sono organuli multifunzionali coinvolti in processi metabolici vitali, inclusa la fotosintesi. I cloroplasti, in particolare, sono i siti dove si svolge la fotosintesi clorofilliana. Le cellule meristematiche, che sono cellule indifferenziate, contengono proplastidi che possono differenziarsi in vari tipi di plastidi a seconda delle necessità della pianta durante il suo sviluppo.

I plastidi: cloroplasti, leucoplasti e cromoplasti

I plastidi si classificano in cloroplasti, leucoplasti e cromoplasti, a seconda della loro funzione e del loro contenuto pigmentario. I cloroplasti sono caratterizzati dalla presenza di clorofilla e carotenoidi, che conferiscono il colore verde e sono essenziali per la cattura della luce durante la fotosintesi. I leucoplasti sono plastidi incolori coinvolti nell'accumulo di riserve energetiche come amido, lipidi e proteine. I cromoplasti, contenenti pigmenti come i carotenoidi, sono responsabili della colorazione vivace di fiori e frutti, svolgendo un ruolo cruciale nell'attrarre impollinatori e agenti di disseminazione. La trasformazione dei plastidi è un processo dinamico che può essere influenzato da fattori interni, come lo stadio di sviluppo della pianta, e da fattori ambientali, come la luce.

Teoria endosimbiotica e origine dei plastidi

La teoria endosimbiotica suggerisce che i plastidi, inclusi i cloroplasti, siano il risultato di un'antica simbiosi tra un cianobatterio fotosintetico e un antenato delle cellule eucariotiche. Questa associazione simbiotica ha portato alla formazione di un legame endosimbiotico obbligato, con il cianobatterio che è diventato un organulo permanente all'interno della cellula ospite. Le evidenze a sostegno di questa teoria includono la presenza di DNA simile a quello dei procarioti, ribosomi di tipo 70S e la capacità dei plastidi di replicarsi attraverso un processo simile alla scissione binaria dei batteri.

Struttura e funzione dei cloroplasti

I cloroplasti sono organuli delimitati da una doppia membrana, con una membrana esterna permeabile e una interna selettiva. All'interno, i tilacoidi, disposti in pile chiamate grana, sono il sito della fase luminosa della fotosintesi. Lo stroma, la matrice fluida che circonda i tilacoidi, contiene enzimi, DNA cloroplastico e ribosomi, ed è il luogo dove si svolge la fase oscura della fotosintesi. L'amido può essere sintetizzato e immagazzinato temporaneamente nello stroma. La luce è un fattore cruciale per la biogenesi dei cloroplasti, e in condizioni di scarsa illuminazione si formano gli ezioplasti, precursori dei cloroplasti.

Funzioni specializzate dei leucoplasti e cromoplasti

I leucoplasti, tra cui gli amiloplasti specializzati nell'accumulo di amido, possono anche agire come statoliti nelle radici, contribuendo al senso di gravitropismo della pianta. I cromoplasti, derivati dalla trasformazione di cloroplasti o altri plastidi, sono ricchi di carotenoidi e svolgono un ruolo essenziale nella colorazione di fiori e frutti. Questa trasformazione è regolata da fattori genetici e ambientali e può essere reversibile, permettendo ai plastidi di adattarsi alle esigenze funzionali della pianta durante il suo ciclo di vita.