Fotosistema

Con il termine fotosistema si fa riferimento ad un complesso di pigmenti incluso nella membrana dei tilacoidi e attivo nella fase luminosa della fotosintesi. Questi fotosistemi sono infatti ammassi di molecole (200-300) contenenti pigmenti fotosintetici, cioè clorofille e carotenoidi, che hanno il compito di "captare" la luce solare: quando infatti un pigmento viene colpito da un fotone e ne assorbe l'energia, uno dei suoi elettroni viene eccitato e salta su un livello elettronico a energia maggiore. Quasi immediatamente l'elettrone torna al livello di energia originario e, durante questo processo, l'energia in più che aveva acquistato viene liberata, e passa da un molecola di pigmento all'altra, finché arriva a una coppia di particolari molecole di clorofilla che funzionano da trappola per l'energia. L'energia così intrappolata provoca il trasferimento di un elettrone da una di queste molecole a una molecola che funge da accettatore. Da un punto di vista biochimico, i fotosistemi sono delle ossidoreduttasi luce-dipendenti.

Nei batteri fotosintetici, si trova un solo tipo di fotosistema, mentre nei cianobatteri e in tutti i vegetali eucarioti fotosintetici se ne trovano due tipi che lavorano in serie e sono denominati I (primo) e II (secondo).

Struttura generale di un fotosistema

Forma monomerica del fototosistema II di un cianobatterio, PDB

Il cuore del fotosistema è costituito da un centro di reazione, responsabile delle reazioni attivate dalla luce (fotochimiche). Il centro di reazione ospita clorofille e carotenoidi. Una sola clorofilla a del centro di reazione è in grado di attuare le reazioni fotochimiche, che consistono nel privare di un elettrone una molecola donatrice grazie all'energia derivata dalla luce e trasferirlo ad una molecola accettrice. Tale processo prende il nome di separazione di carica. Oltre a tale molecola, quindi, il centro di reazione conterrà altri pigmenti capaci di trasferire alla clorofilla "attiva" l'energia necessaria alla fotochimica o capaci di dissipare l'energia in eccesso (carotenoidi), ma anche molecole/ioni che agiscono come trasportatori elettronici.

Il centro di reazione è circondato da complessi antenna intrinseci, che funzionano assorbendo i fotoni e trasferendo l'energia fino al centro di reazione. Le antenne intrinseche contengono esclusivamente clorofille a, oltre a carotenoidi, e sono deputate alla cattura della luce. Più esternamente si trovano le antenne periferiche, che oltre alla clorofilla a, possono contenere clorofille con funzione accessoria, in particolare la b nelle alghe verdi e nelle spermatofite. Contengono anche carotenoidi (xantofille), che permettono sia una migliore cattura della luce, sia la protezione contro l'eccesso di luce. Nelle alghe rosse e nei cianobatteri tra i pigmenti accessori vi sono anche le ficobiline.

Esistono due tipi di fotosistemi: le antenne infatti raccolgono e convogliano l'energia luminosa verso il fotosistema II (o fotosistema secondo). Quest'ultimo, a cui è anche legato un complesso proteico chiamato oxygen evolving complex, è in grado di scindere la molecola dell'acqua per ricavarne elettroni, protoni ed ossigeno. I primi entrano in una serie di reazioni a catena che li porta verso il fotosistema I (o fotosistema primo) con lo scopo di formare ATP e NADPH, molecole energetiche necessarie per la sopravvivenza dell'organismo (vedi anche fotosintesi).

La numerazione data ai fotosistemi (I e II) non deriva da una loro diversa importanza, né tanto meno dall'ordine secondo cui avvengono le reazioni all'interno degli organismi capaci di fare la fotosintesi ma ha solo una ragione storica: il fotosistema uno è stato il primo ad essere scoperto. Esso, infatti, è stato sviluppato da alcuni organismi fotosintetici incapaci di scindere la molecola dell'acqua (in quanto mancanti del fotosistema due) che attuavano una fotosintesi primitiva.

Voci correlate

• Tilacoide
• Cloroplasto
• Pigmento
• Fotosintesi