Il differenza principale tra fotosintesi e fotorespirazione è che il la fotosintesi si verifica quando l'enzima RuBisCO reagisce con l'anidride carbonica mentre la fotorespirazione si verifica quando l'enzima RuBisCO reagisce con l'ossigeno. Inoltre, la fotorespirazione riduce l'efficienza della fotosintesi.

La fotosintesi e la fotorespirazione sono due processi che si verificano durante la produzione di energia utilizzando la luce solare nelle piante. RuBisCO è l'enzima censurabile per il passaggio tra due processi.

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Cos'è la fotosintesi?

La fotosintesi è il processo che produce glucosio a partire da anidride carbonica e acqua utilizzando l'energia della luce solare. I pigmenti fotosintetici come la clorofilla, i carotenoidi e le ficobiline intrappolano l'energia della luce solare. Nelle piante e nelle alghe, questi pigmenti sono concentrati nei cloroplasti. L'ossigeno viene rilasciato come sottoprodotto della fotosintesi. La fotosintesi è uno dei processi chiave che avvengono sulla terra, convertendo l'energia luminosa in energia chimica. Il glucosio prodotto dal processo può essere utilizzato per produrre ATP in un altro processo chiamato respirazione cellulare.

Il processo della fotosintesi può essere diviso in due: reazione alla luce e reazione al buio.

Reazione alla luce

La reazione alla luce si verifica sulla membrana tilacoide del grana, gli stack di tilacoidi incorporati nello stroma di un cloroplasto. I pigmenti fotosintetici sono organizzati in fotocentri sulla membrana tilacoide. Il fotosistema II assorbe l'energia luminosa e la trasporta nei fotocentri, consentendo la produzione di elettroni ad alta energia. Questi elettroni ad alta energia si spostano nel fotosistema I attraverso il complesso del citocromo b6f. Si muovono ulteriormente attraverso una serie di vettori di ferredossina, producendo NADPH. La carenza di elettroni che si verifica nei fotosistemi viene riempita dalla scissione delle molecole d'acqua in un processo chiamato fotolisi. Gli ioni idrogeno risultanti vengono utilizzati nella produzione di ATP.

Figura 1: reazione alla luce

Reazione Oscura

La reazione alla luce è seguita dalla reazione al buio. Qui, NADPH e ATP prodotti dalla reazione alla luce vengono utilizzati per produrre glucosio dall'anidride carbonica e dall'acqua. La reazione oscura, che avviene attraverso il ciclo C3, è anche chiamata ciclo di Calvin e si verifica nello stroma del cloroplasto senza l'uso della luce. La fissazione del carbonio avviene nel ciclo di Calvin con l'uso dell'enzima RuBisCO (ribulosio-1, 5-bisfosfato carbossilasi/ossigenasi), che fissa un atomo di carbonio dall'anidride carbonica in RuBP (ribulosio 1, 5-bisfosfato), producendo 3 -fosfoglicerato. Alcune delle molecole di 3-fosfoglicerato si riducono per formare glucosio mentre il resto viene riciclato per produrre RuBP. Oltre al glucosio, durante il ciclo di Calvin vengono prodotti anche 18 ATP e 12 NADPH.

La reazione oscura, che avviene attraverso il ciclo C4, è chiamata via Hatch-Slack in cui l'anidride carbonica viene fissata prima in PEP e poi in RuBP.

Cos'è la fotorespirazione?

La fotorespirazione è l'inibizione del ciclo di Calvin in presenza di eccesso di ossigeno. Porta alla perdita di anidride carbonica già fissata; quindi, la fotorespirazione diminuisce la sintesi dello zucchero e spreca l'energia della cellula. La capacità di RuBisCO di legarsi all'ossigeno è responsabile della fotorespirazione. Quindi, in presenza di ossigeno, RuBisCO aggiunge ossigeno al RuBP nel ciclo di Calvin invece dell'anidride carbonica. In questa reazione vengono prodotte due molecole: 3-PGA, che è un intermedio del ciclo di Calvin, e fosfoglicolato, che non può entrare nel ciclo di Calvin. Per questo motivo, la fotorespirazione ruba o rimuove i carboni dal ciclo di Calvin. Inoltre, le piante utilizzano una serie di reazioni per recuperare il fosfoglicolato, che ruba anche l'energia alla cellula. Pertanto, la fotorespirazione è considerata un metodo inefficiente per produrre energia.

Figura 2: fotorespirazione e ciclo di Calvin

Il ciclo C4 elimina questo problema con la doppia fissazione dell'anidride carbonica. Fissa l'anidride carbonica in PEP (fosfoenolpiruvato) dalla carbossilasi PEP, producendo ossalacetato nelle cellule del mesofillo. La PEP carbossilasi ha una maggiore affinità per l'anidride carbonica e una bassa affinità per l'ossigeno. Quindi, l'ossalacetato viene convertito in malato e trasportato alle cellule della guaina del fascio. Il malato si dissocia in anidride carbonica e piruvato all'interno delle cellule della guaina del fascio, aumentando la concentrazione di anidride carbonica all'interno della cellula. In presenza di elevate concentrazioni di anidride carbonica, RuBisCO non si lega all'ossigeno.

Somiglianze tra fotosintesi e fotorespirazione

Differenza tra fotosintesi e fotorespirazione

Definizione

La fotosintesi si riferisce al processo mediante il quale le piante verdi e alcuni altri organismi utilizzano la luce solare per sintetizzare i nutrienti dall'anidride carbonica e dall'acqua mentre la fotorespirazione si riferisce a un processo respiratorio mediante il quale le piante assorbono ossigeno alla luce e rilasciano anidride carbonica, contrariamente al generale modello di fotosintesi.

Anidride carbonica/ossigeno

La fotosintesi avviene prevalentemente in presenza di anidride carbonica mentre la fotorespirazione avviene prevalentemente in presenza di ossigeno. Questa è una delle principali differenze tra fotosintesi e fotorespirazione.

Influenza della luce

La reazione oscura della fotosintesi avviene in assenza di luce, di notte mentre la fotorespirazione avviene in presenza di luce, durante il giorno.

Tipo di piante

La fotosintesi si verifica prevalentemente nelle piante C4 mentre la fotorespirazione si verifica prevalentemente nelle piante C3.

Attività RuBisCO

RuBisCO produce 3-PGA da RuBP nella fotosintesi mentre RuBisCO produce 3-PGA e fosfoglicolato da RuBP nella fotorespirazione.

Fissaggio del carbonio

La fotosintesi è il principale processo di fissazione del carbonio nelle piante, mentre la fotorespirazione spreca parte del carbonio già fissato.

Fissazione energetica

La fotosintesi è il principale processo di fissazione dell'energia nelle piante mentre la fotorespirazione spreca parte dell'energia prodotta dalla cellula.

Efficienza

Un'altra importante differenza tra fotosintesi e fotorespirazione è l'efficienza della produzione di glucosio. La fotosintesi è un processo efficiente di produzione di glucosio mentre la fotorespirazione è un processo meno efficiente di produzione di glucosio.

Conclusione

La fotosintesi è il processo coinvolto nella produzione di glucosio dall'anidride carbonica e dall'acqua utilizzando l'energia della luce solare. Durante la fotosintesi, l'enzima RuBisCo si lega all'anidride carbonica, aggiungendola a RuBP. Tuttavia, la fotorespirazione è un processo alternativo di fotosintesi in cui l'enzima RuBisCO si lega all'ossigeno nelle basse concentrazioni di anidride carbonica. Inoltre, la fotorespirazione è un processo meno efficiente poiché spreca sia il carbonio già fissato che l'energia. Pertanto, un'importante differenza tra la fotosintesi e la fotorespirazione è l'efficienza della produzione di glucosio.

Riferimento:

1. Farabee, M J. "FOTOSINTESI". FOTOSINTESI, disponibile qui2. "Fotorespirazione". Khan Academy, Khan Academy, disponibile qui

Cortesia dell'immagine:

1. "Diagramma di reazione alla luce della fotosintesi" di BlueRidgeKitties (CC BY 2.0) tramite flickr2. "Diagramma di fotorespirazione semplificato" di Rachel Purdon - Opera propria (CC BY-SA 3.0) attraverso Commons Wikimedia