Gli esseri viventi: fotosintesi e respirazione cellulare

Ogni organismo, a seconda delle proprie caratteristiche, svolge diverse attività essenziali per la propria sopravvivenza.

La vita sulla Terra, nella sua diversità, si basa su due processi biologici fondamentali e complementari: la fotosintesi e la respirazione cellulare. Questi meccanismi, apparentemente semplici nella loro essenza, sono in realtà processi complessi e finemente regolati che stanno alla base della vita stessa, permettendo il flusso di energia attraverso gli ecosistemi e regolando i cicli biogeochimici che mantengono il nostro pianeta in equilibrio.

Andiamoli a scoprire insieme!

• Come si nutrono gli esseri viventi
• La fotosintesi clorofilliana
• La respirazione cellulare
• Fotosintesi e respirazione cellulare a confronto
• Il metabolismo negli esseri viventi

Come si nutrono gli esseri viventi

Tutti gli organismi hanno bisogno di nutrirsi per far sì che avvengano le loro funzioni vitali e per poter svolgere tutte le loro attività.

Abbiamo visto che gli organismi possono essere suddivisi in:

• AUTOTROFI, quando sono in grado di produrre le sostanze necessarie per svolgere le funzioni vitali in modo autonomo partendo da sostanze semplici come acqua e anidride carbonica. Ad esempio, piante e alghe sono organismi autotrofi;
• ETEROTROFI, quando devono utilizzare le sostanze prodotte dagli organismi autotrofi per poter svolgere le funzioni vitali. Ad esempio, animali e funghi sono organismi eterotrofi.

Nello specifico, la nutrizione autotrofa è quella in cui gli organismi si fabbricano i composti organici trasformando quelli inorganici. Significa che prelevano sostanze semplici quali acqua e anidride carbonica e sfruttano l’energia solare per produrre sostanze complesse organiche come gli zuccheri. Questo processo è noto come fotosintesi clorofilliana.

La nutrizione eterotrofa invece è tipica degli organismi che si nutrono di sostanze prodotte dagli autotrofi o che si cibano di altri eterotrofi. Gli organismi ingeriscono sostanze complesse e le rendono più semplici attraverso la digestione che consente di ottenere molecole di base. Le molecole base serviranno per produrre energia e per crescere. Questo tipo di nutrizione crea sostanze di scarto che vengono eliminate attraverso l’escrezione. È grazie alla nutrizione eterotrofa che avviene il metabolismo dell’organismo eterotrofo.

La fotosintesi clorofilliana

La fotosintesi clorofilliana è un processo chimico costruttivo in cui piante e alghe producono glucosio sfruttando l’energia solare e due molecole semplici: acqua (H2O) e anidride carbonica (CO2).

CO2 + H2O + luce → C6H12O6 + H2O + O2

L’anidride carbonica (CO2) è l’unica fonte di carbonio per l’organismo vegetale e da esso derivano tutti gli atomi di carbonio di ogni enzima proteico, DNA, lipidi e qualunque sostanza organica vegetale.

La fotosintesi clorofilliana può essere distinta in due fasi:

• FASE LUMINOSA in cui i pigmenti fotosintetici ricevono la luce solare e le radici della pianta assorbono acqua. Avviene nei tilacoidi.
• FASE CHIMICA in cui avvengono le reazioni che fissano il carbonio. E’ indipendente dalla luce e la sede di questa fase è lo stroma (ovvero il fluido che si trova nella parte interna del cloroplasto).

Il glucosio prodotto (C6H12O6) è utilizzato in parte per dare energia alle cellule del vegetale stesso e un’altra parte è utilizzata per produrre zuccheri più complessi, lipidi e aminoacidi necessari per il metabolismo e la crescita del vegetale.

L’ossigeno prodotto (O2) è una sostanza di scarto che viene immessa nell’ambiente esterno attraverso gli stomi.

Nelle piante avvengono sia la fotosintesi che la respirazione cellulare, che sono dei processi strettamente collegati tra loro: affinché le piante possano crescere, la fotosintesi deve essere più veloce della respirazione cellulare.

La respirazione cellulare

La respirazione cellulare è un processo aerobico in cui si ossida del glucosio per produrre energia chimica che viene accumulata in molecole di ATP (adenosintrifosfato). Durante questo processo vengono sintetizzate molecole di acqua e anidride carbonica.

La respirazione cellulare si divide in tre fasi:

1. La fase PREPARATORIA in cui avvengono le prime reazioni chimiche con formazione di CO2 ;
2. Il CICLO DI KREBS in cui avviene l’ ossidazione vera e propria del glucosio;
3. La FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA in cui tramite reazioni chimiche si produce ATP (adenosintrifosfato).

Tutte le cellule hanno bisogno di respirare, quindi non esistono organi specifici addetti a questo processo. La respirazione cellulare può avvenire:

• negli organismi EUCARIOTI, la cui sede sono i mitocondri. Gli eucarioti sfruttano l’ossigeno atmosferico e riescono a ossidare completamente la molecola di glucosio a diossido di carbonio;
• negli organismi PROCARIOTI, la cui sede sono i ripiegamenti della membrana cellulare.

Fotosintesi e respirazione cellulare a confronto

Nella tabella viene riportato il confronto fra la respirazione cellulare e la fotosintesi.

Il metabolismo negli esseri viventi

Il metabolismo è l’insieme dei processi chimici che avvengono in un organismo vivente.

Le reazioni che avvengono nel metabolismo sono distinte in:

• ANABOLICHE ovvero sintesi delle biomolecole.

L’anabolismo è una fase di costruzione che parte da sostanze più semplici fino a sostanze più complesse necessarie all’organismo. Le sostanze prodotte sono destinate alla formazione delle parti dell’organismo stesso oppure vengono immagazzinate. Questo processo richiede l’apporto di energia chimica fornita dall’ adenosintrifosfato (ATP) che viene prodotto durante il catabolismo;

• CATABOLICHE ovvero reazioni che determinano la degradazione di molecole complesse.

Il catabolismo è la fase in cui le sostanze organiche grandi e complesse sono demolite in sostanze più semplici e più piccole. Le reazioni cataboliche liberano energia chimica contenuta nelle molecole organiche (ATP). Al termine di questo processo si ha l’eliminazione dei prodotti di rifiuto.

Anabolismo e catabolismo sono strettamente connessi, con un flusso perpetuo di energia e sostanze che vanno dall’uno all’altro. Questo avviene in quanto le cellule e gli organismi sono sistemi aperti che mantengono un flusso costante di materia ed energia con l’ambiente esterno.

Nell’uomo, se la fase anabolica e quella catabolica restano in equilibrio, si ha il mantenimento della struttura corporea. Nel momento in cui una fase prevale sull’altra, il peso e il volume corporeo aumentano o diminuiscono. Per questo è importante fare in modo che l’alimentazione sia adeguata a uno stile di vita sano ed equilibrato.

I lipidi in eccesso non sono vantaggiosi da un punto di vista energetico, ma sono necessari per far sì che il corpo assorba le vitamine.

Ecco allora che si parla di calorie, che si riferiscono alla quantità di energia assunta grazie agli alimenti.