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Introduzione

La respirazione

Respirazione aerobia

Schema dell'azione della fotosintesi

Evoluzione della fotosintesi clorofilliana

La clorofilla

La traspirazione

La secrezione

Sperimentiamo

Sperimentiamo 1

BOTANICA GENERALE - PROCESSI FISIOLOGICI DELLA PIANTA

INTRODUZIONE

La fotosintesi clorofilliana è il processo grazie al quale si ha la produzione di composti organici (zuccheri) ed ossigeno partendo da materiali inorganici, quali acqua assorbita dall'apparato radicale ed anidride carbonica assorbita dalle foglie attraverso gli stomi, che sono dei fori microscopici in grado di fornire al vegetale la capacità di comunicare con l'ambiente esterno.

Fondamentalmente è la presenza di luce che fornisce l'energia necessaria a queste reazioni.

Questo processo si svolge all'interno dei cloroplasti dove si trova la clorofilla che ha il compito di catturare l'energia luminosa, necessaria allo svolgimento della fotosintesi.

L'importanza di questo processo è enorme se si pensa che da esso deriva la quasi totalità delle sostanze organiche.

Gli organismi vegetali, infatti, costituiscono il gradino più basso della catena alimentare.

Essi servono da nutrimento per gli animali erbivori, dei quali, a loro volta, si alimenteranno gli animali carnivori.

Inoltre la liberazione di ossigeno è fondamentale per la sopravvivenza della maggior parte degli organismi, compreso quello umano, facenti parte dell'ambiente subaereo, e condiziona anche la vita degli animali acquatici.

Il glucosio, zucchero a 6 atomi di carbonio, che viene prodotto alla fine della reazione foto sintetica viene per la maggior parte unito in lunghe catene e trasformato in amido, momentaneamente immagazzinato negli stessi cloroplasti.

Durante la notte, quando non arriva luce sulla terra e le piante non possono quindi foto sintetizzare, questo amido viene scisso in zuccheri solubili, trasportato negli organi di riserva, situati principalmente nell'apparato radicale, e qui di nuovo accumulato sotto forma di amido (sostanza di riserva), che diventerà disponibile per la pianta nei momenti di maggior bisogno, come ad esempio alla emissione di foglie in primavera, alla formazione di fiori e di frutti.

Per vivere, però, la pianta non ha solo bisogno di carboidrati, ma anche di proteine che vengono sintetizzate nei ribosomi della cellula vegetale utilizzando elementi semplici come carbonio, idrogeno, ossigeno, azoto, ferro, fosforo e calcio.

Le proteine di origine vegetale sono molto importanti per l'alimentazione umana soprattutto se si considera che i 2/3 del fabbisogno proteico giornaliero di un uomo adulto possano essere soddisfatti dai prodotti vegetali.

Piante molto ricche di questi principi sono ad esempio le leguminose, quali la soia, che oggi fornisce proteine vegetali con le migliori caratteristiche nutrizionali.

LA RESPIRAZIONE

Per questa reazione utilizza il carbonio delle molecole di zuccheri che erano state formate durante il processo foto sintetico.

La respirazione è quindi la reazione inversa della fotosintesi ed avviene continuamente nelle piante come negli animali, indipendentemente dalla presenza di luce, che è invece la condizione indispensabile per l'attuarsi della fotosintesi.

Luce -> 6 H2O + 6 CO2 -> C6H12O6 + 6 O2 FOTOSINTESI -> Glucosio C6H12O6 + 6 O2 -> 6 H2O + 6 CO2

RESPIRAZIONE AEROBIA -> energia.

Naturalmente durante la respirazione viene distrutta solo una parte degli zuccheri che la pianta aveva sintetizzato durante il giorno mediante il processo foto sintetico; la restante parte verrà immagazzinata come amido negli organi di riserva.

A differenza di quanto avviene negli animali, in cui vi sono organi specializzati per la respirazione (i polmoni), nella pianta tutte le parti vive respirano continuamente, introducendo ossigeno ed emettendo biossido di carbonio.

Nei vegetali la respirazione può essere aerobia ed anaerobia, cioè svolgersi in presenza o in assenza di ossigeno.

Nell'anaerobiosi (vegetali inferiori, batteri) i prodotti finali delle reazioni biochimiche sono rappresentati da alcool etilico e biossido di carbonio (anidride carbonica); nella aerobiosi, invece, i prodotti finali sono acqua e biossido di carbonio.

In entrambi i tipi di respirazione vi è una serie di reazioni comuni per cui si ha la conversione dello zucchero a 6 atomi di carbonio in acido piruvico.

Un'altra piccola eccezione alla respirazione aerobica è rappresentata dalle piante marine o meglio «subacquee».

Il loro processo respiratorio avviene in due modi complementari l'uno all'altro.

Il primo è dato dall'ossigeno disciolto nell'acqua (infatti la molecola di acqua è composta da 2 atomi di idrogeno ed uno di ossigeno) ed il secondo dall'ossigeno prodotto dal corpo della pianta durante la fotosintesi clorofilliana.

La pianta subacquea ne trattiene una parte nei tessuti e completa così il suo ciclo respiratorio.

Schema dell'azione della fotosintesi

Evoluzione della fotosintesi clorofilliana

LA CLOROFILLA

Vi sono differenti tipi di clorofilla che variano leggermente nella struttura molecolare.

Nelle piante superiori si trovano due clorofille, una verde-bluastra (clorofilla A) ed una verde-giallastra (clorofilla B).

In tutte le cellule foto sintetiche, eccetto i batteri foto sintetici che hanno clorofille particolari, è presente la clorofilla A, che si ritiene quindi il pigmento direttamente coinvolto nella fotosintesi.

I carotenoidi e la clorofilla B assorbono la luce solare e trasmettono l'energia che ne ricavano alla clorofilla A.

Volendo rappresentare la struttura chimica della complessa molecola di clorofilla si potrebbe pensare a un chiodo dove il gambo è rappresentato da un alcool (fitolo) e la testa da un gruppo di atomi abbastanza simili a quello della emoglobina del sangue.

L'energia luminosa captata dalla clorofilla viene trasformata in energia chimica rendendo quindi possibile la sintesi di vari composti organici (amido, zuccheri) a partire da acqua e biossido di carbonio, nel processo foto sintetico. Per la formazione della clorofilla sono indispensabili alcuni fattori il più importante dei quali è la luce.

Infatti pochissime piante (conifere, alcune alghe) sono capaci di inverdire anche al buio; tutte le rimanenti assumono un colore giallastro (piante eziolate) per la presenza di xantofilla e l'assenza di clorofilla.

Porzioni più o meno estese di organi (soprattutto foglie) possono risultare bianche (clorosi) come conseguenza dell'insufficienza nel terreno di elementi indispensabili (ferro, magnesio, ecc.) per la sintesi della clorofilla.

Porzioni bianche di foglie e di fusti si possono osservare anche per il fenomeno dell'albinismo che dipende da cause ereditarie.

La mancanza di clorofilla nelle piante può verificarsi anche in periodi particolarmente freddi, in quanto le basse temperature sono sovente causa di impedimento alla sintesi di clorofilla.

La clorofilla è dotata di proprietà cicatrizzanti e deodoranti, per cui viene utilizzata per il trattamento delle alterazioni dell'alito e degli odori provocati dalla secrezione del corpo (sudore, ecc.).

Si impiega soprattutto come costituente di dentifrici, pomate, pillole.

LA TRASPIRAZIONE

1) permettere la risalita della linfa grezza (acqua e sali minerali) dalle radici all'apparato fogliare;

2) consentire alla pianta di proteggersi dalle alte temperature.

Come infatti gli animali e l'uomo regolano la propria temperatura corporea sudando, così la pianta evita i danni da eccesso di calore emettendo vapore acqueo attraverso la cuticola e gli stomi delle foglie.

Le piante che crescono in zone dove le riserve idriche del terreno sono scarse e rare sono le precipitazioni atmosferiche hanno costituito ispessimenti particolari dell'epidermide delle foglie per poter controllare le perdite di acqua ed evitare di morire disidratate.

Un esempio tipico è rappresentato dalle foglie di cactus che sono addirittura trasformate in spine.

La traspirazione avviene sia attraverso la cuticola che riveste l'epidermide delle foglie (tanto maggiore quanto più sottile è la cuticola e non protetta da peli) sia attraverso le aperture stomatiche (traspirazione stomatica).

Quest'ultima è certamente la più importante.

L'andamento della traspirazione stomatica, essendo legato all'apertura ed alla chiusura degli stomi, di norma segue da vicino quello della fotosintesi; infatti, luminosità eccessiva o insufficiente sono condizioni che sospendono tanto la fotosintesi quanto la traspirazione e modificazioni analoghe possono essere indotte da variazioni termiche o di umidità.

Si possono anche verificare casi nei quali la pianta, trovandosi a corto di acqua ed essendo costretta a traspirare intensamente a causa delle alte temperature esterne, debba chiudere gli stomi, bloccando così la traspirazione, per evitare nel proprio corpo un eccessivo impoverimento di acqua, che potrebbe provocarne la disidratazione e quindi la morte.

LA SECREZIONE

Un esempio tipico è la formazione di cellulosa e lignina che viene deposta sulle pareti cellulari per conferirle rigidità.

Si conoscono, inoltre, alcuni esempi di secrezione da parte dell'apparato radicale il cui scopo è quello di proteggere dai parassiti del terreno oppure di eliminare le sostanze di rifiuto.

La secrezione è frequente anche nelle piante che crescono in terreni ricchi di sali. Le piante, comunque, oltre a svolgere le funzioni che abbiamo trattato sono in grado di attuare altri complessi processi quali la sintesi di ormoni, vitamine, gliceridi, acidi grassi, tutti indispensabili al fine di mantenere vitale un organismo.

SPERIMENTIAMO

Ecco un esperimento che prova come la luce del sole sia indispensabile perché avvenga il fenomeno della fotosintesi nelle piante.

Alla sera tardi, col buio, coprite la foglia di una pianta qualsiasi utilizzando fogli di carta stagnola sui quali avrete praticato alcuni buchi di forma particolare.

La luce, il giorno dopo, potrà colpire la foglia solo in corrispondenza dei fori.

Naturalmente la foglia deve rimanere attaccata alla pianta e non essere in alcun modo rovinata.

Dopo una giornata di esposizione al sole, staccate la foglia e liberatela dalla stagnola.

Apparentemente non noterete alcuna modificazione, ma se immergete la foglia in alcool denaturato che scioglie la clorofilla, la foglia scolorirà.

Mettetela poi in una soluzione di tintura di iodio: le parti che sono state esposte al sole si tingeranno di azzurro.

Tutto ciò è dovuto al fatto che in quei punti si è verificata la fotosintesi clorofilliana e quindi si è avuta la produzione di amido e quest'ultimo, a contatto con la tintura di iodio, reagisce e dà la colorazione azzurra.

Se si ripete l'esperimento con una foglia che non è stata coperta si noterà che tutta la foglia diventa azzurra perché la fotosintesi si è verificata in ogni sua parte.

2º Esperimento.

Volete la prova che le piante aspirano anidride carbonica?

Sciogliete in un bicchiere di acqua fredda mezzo cucchiaio di calce.

Dopo circa due ore rovesciate l'acqua in un altro bicchiere, facendo attenzione di non travasare anche ciò che si sarà depositato sul fondo.

Mettete poi in un recipiente di vetro questo bicchiere di acqua e calce, lasciatelo al buio per almeno un'ora. Osservando l'acqua del bicchiere vi accorgerete che si è intorbidita:

né più né meno che se voi stessi aveste soffiato con una cannuccia nel bicchiere.

L'intorbidimento, in questo caso, deriverebbe dall'anidride carbonica emessa dal vostro respiro, che trasforma il contenuto del bicchiere in carbonato di calcio, un composto di colore bianco indissolubile nell'acqua.

Visto che anche la vostra piantina è capace di intorbidire l'acqua, è evidente che sia gli animali che le piante aspirano l'anidride carbonica.

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