COME AVVIENE LA RESPIRAZIONE NELLE PIANTE
La pianta, di giorno e di notte, si comporta in modo diverso. Durante il giorno svolge la fotosintesi clorofilliana. Quindi, con acqua, anidride carbonica e luce solare, riesce a prodursi il nutrimento (lo zucchero) e l’ossigeno (che serve a noi).
Di notte, invece, assorbe ossigeno e produce anidride carbonica. Di notte, quindi, la pianta respira. Anche le piante respirano: l’ossigeno dell’aria entra nella foglia attraverso gli stomi, raggiunge gli strati più interni dove trova il glucosio prodotto dalla fotosintesi e lo trasforma in acqua e anidride carbonica, sostanze più semplici che vengono anch’esse emesse nell’ambiente attraverso gli stomi.
Si tratta di piccole aperture dell’epidermide, formate da due cellule (cellule compagne) in grado di aprire e chiudere la piccola fessura presente fra loro e che pertanto permettono il flusso dei gas e del vapor acqueo.
COME AVVIENE LA RESPIRAZIONE NELLE PIANTE
Gli organismi viventi prendono l’energia di cui hanno bisogno per vivere dal processo della respirazione. Negli esseri umani e in altri mammiferi questo avviene per mezzo dei polmoni, che portano ossigeno al sangue che poi arriva a tutti gli organi ed i tessuti del corpo. Anche le piante hanno bisogno di ossigeno, ma naturalmente non hanno polmoni.
Le piante respirano durante la notte, prendendo l’ossigeno dall’aria circostante ed eliminando l’anidride carbonica. Questa cosa avviene principalmente attraverso piccolissimi fori che hanno nella parte inferiore delle foglie, ma anche attraverso gli steli, le radici ed anche i fiori. Le radici assorbono l’ossigeno presente nel terreno attraverso l’acqua. La respirazione delle piante avviene in particolare durante la notte a causa della mancanza di luce solare, ma non è l’unica fase del processo di respirazione, che in parte avviene anche durante il giorno.
DA DOVE RESPIRANO LE PIANTE?
Le piante respirano attraverso le foglie. No, non ci sono piccoli nasi sparsi sulle foglie del tuo ulivo nano, bensì strutture chiamate stomi. Gli stomi sono più simili ai pori della pelle che al naso, ma svolgono la funzione di scambiare gas. Nei tronchi e negli steli delle piante ci sono strutture simili chiamate lenticelle, ma gli stomi sono i più attivi nel processo di respirazione. Le lenticelle consentono il passaggio dell’ossigeno e la fuoriuscita del vapore acqueo, ma non consentono l’ingresso di anidride carbonica, quindi non partecipano alla fotosintesi. Gli stomi, invece, sono strutture multifunzionali in quanto assorbono ed espellono i gas, quindi sono parte fondamentale di 3 processi: fotosintesi, traspirazione e respirazione cellulare.
QUANDO RESPIRANO LE PIANTE
Molti esseri viventi necessitano di ossigeno per poter portare a termine i processi vitali, poiché questo elemento svolge un ruolo fondamentale nell’ottenimento e nell’elaborazione dell’energia. È possibile ottenere ossigeno attraverso la respirazione, ma sebbene l’obiettivo sia simile, i processi sono completamente diversi a seconda della specie. Nel caso dei mammiferi, associamo la respirazione a polmoni, naso e bocca, ma le piante hanno strutture specializzate radicalmente diverse che consentono loro di ottenere dall’ambiente ciò di cui hanno bisogno.
Gli stomi sono strutture con un carico di lavoro abbastanza pesante, quindi devono organizzare il proprio tempo e le proprie funzioni. Poiché la fotosintesi richiede sempre la luce solare, la cosa più logica è che il processo di respirazione avvenga di notte. Questa divisione del lavoro è abbastanza efficiente, poiché con la respirazione ottengono l’energia di cui avranno bisogno il giorno successivo per svolgere la fotosintesi. Questo non significa che le piante respirino solo di notte, ma che è un processo molto più intenso durante quelle ore. Durante il giorno, la pianta può respirare, non solo attraverso le foglie, ma anche utilizzando le radici, sebbene con esse tragga meno ossigeno che dalle foglie.
Forse ti starai chiedendo come respirano le radici se sono ricoperte di terra, giusto? Beh, è molto semplice: ricavano ossigeno dall’acqua e dal substrato, che funge da veicolo per questo gas. Da qui l’importanza di mantenere un substrato arioso, adeguato alle esigenze della pianta, con un corretto drenaggio e che consenta un discreto livello di ossigeno. Il processo della respirazione e della fotosintesi nelle piante è davvero affascinante, soprattutto se si tiene conto che buona parte del nostro cibo proviene da piante in grado di sviluppare fiori, foglie e frutti da questi processi. È infatti possibile stimolare la crescita e la fioritura delle piante manipolando la quantità di luce che ricevono, modificando la concentrazione di alcuni nutrienti nel substrato.
IL PROCESSO BIOCHIMICO DELLA RESPIRAZIONE
La respirazione è un processo biochimico complementare a quello della fotosintesi ed in effetti viene espresso con la medesima formula, salvo che la freccia ha verso opposto:
C6 H12 O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2 O + 2879 kJoule
Si tratta evidentemente di una reazione di ossido riduzione, in cui il glucosio si ossida e l’ossigeno si riduce.
L’energia che si libera nel corso di questa reazione è misurabile con le unità della termodinamica, CV, Calorie, Joule di solito si usa esprimerla in kJoule. Per ogni mole di glucosio che viene ‘bruciata’ vengono prodotte 2879 kJoule di cui più di metà si disperde come calore, mentre il resto viene immagazzinato come energia di legame nelle molecole dell’adenosintrifosfato (ATP).
I PROCESSI RESPIRATORI ED ENERGIA
Quando si osserva la formula che riassume la reazione della respirazione:
C6 H12 O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2 O + 2879 kJoule
si ha l’impressione che questa consista in un diretto processo di combustione. Infatti la combustione dello zucchero si scrive proprio allo stesso modo.
Questa impressione è però erronea ed è dovuta al fatto che per brevità vengono indicati solo il composto di partenza e il composto di arrivo, mentre vengono omesse tutte le numerose e complicate tappe intermedie che permettono l’ossidazione a bassa temperatura; viene anche trascurato un particolare importante: processi di ossidazione non sono solo quelli in cui l’ossigeno si lega direttamente al substrato, ma sono anche quelli in cui viene sottratto H al substrato e, più in generale, quelli in cui il substrato viene privato di elettroni (quando vengono allontanati, gli elettroni si legheranno sempre ad un accettore che verrà così ridotto).
La prima tappa della respirazione cellulare vera e propria consiste nella perdita, da parte dell’acido piruvico di un atomo di carbonio, che si libera sotto forma di CO2 e nel contempo si ha la riduzione di una molecola di NAD+ a NADH; rimane così una molecola a 2 atomi di carbonio, detta gruppo acetile che si lega al CoA, costituendo l’Acetil CoA:
CH3COCOOH + HSCoA + NAD+ → CH3CoSCoA + CO2+ NADH+H+
Questa reazione e le successive avvengono nella matrice dei mitocondri.
Il gruppo acetile entra in una complessa serie di reazioni che prende il nome di il ciclo di Krebs che consiste in una serie di trasformazioni che partono dall’acetil-coenzimaA e ad esso ritornano. Questa sostanza reagisce con l’acido ossalacetico, trasformandolo in acido citrico, e liberando così il coenzima A, che può nuovamente legarsi a nuovi gruppi acetile. L’acido citrico, ad opera di vari enzimi, viene deidrogenato, decarbossilato e trasformato quindi in acido ossalacetico. Questa sostanza reagendo di nuovo con l’acetil-CoA si trasforma in altro acido citrico che viene similmente metabolizzato. Nel corso di ogni ciclo si formano 3 molecole di NADH, una di FADH2, 2 ATP e 3 CO2 che diffondono fuori dal mitocondrio. Gran parte dell’energia è stata dunque immagazzinata nel NADH e nel FADH2, che possono essere ossidate dall’ossigeno, sprigionando una grande quantità di energia. Il processo, ancora una volta, avviene per stadi, attraverso una complessa serie di reazioni che prendono il nome di catena respiratoria o catena di trasporto degli elettroni, in cui sono coinvolte dei trasportatori di elettroni intermedi, i citocromi, disposti ordinatamente sulla superficie della membrana interna dei mitocondri. L’accettore ultimo degli elettroni è l’ossigeno, che, catturando ioni idrogeno, si trasforma in acqua.
Una parte dell’energia che si sprigiona da tutti questi processi si accumula nelle molecole di ATP ed assomma a circa 234 kJoule.
Se calcoliamo la resa energetica a partire dal glucosio, le molecole di ATP recuperato sono 38 e immagazzinano complessivamente 1115 kJoule che rappresentano circa il 40% dell’energia di legame del glucosio. L’altro 60% di energia si libera come calore.
Da quanto è stato detto, dovrebbe risultare chiaro che la cellula si comporta come una macchina termica, avente rendimento alquanto superiore a quello delle macchine termiche fabbricate dall’uomo, ma non eccezionalmente elevato.
La respirazione diviene possibile per i microorganismi (ma non per l’uomo) quando la concentrazione di O2 è circa 1/100 di quella presente nell’atmosfera, al disotto di questo valore essa non ha luogo.
LA FOGLIA TRA FOTOSINTESI E RESPIRAZIONE
La foglia è l’organo della pianta che racchiude in se il numero più elevato di funzioni regolatrici della vita della pianta: responsabile della sintesi degli zuccheri, della produzione di ossigeno, della traspirazione, della guttazione, dei meravigliosi colori autunnali di alcune specie e importante fonte di cibo per animali e uomini.
Fondamentale per tutti i giardinieri conoscere in maniera approfondita la foglia: non è infatti la prima rivelatrice del malessere delle piante, con i suoi appassimenti, disseccamenti e i segnali delle sintomatologie delle patologie più pericolose?
Se il tronco parla della storia della pianta e della sua crescita nel tempo, la foglia parla del presente della pianta e della sua vita in quel momento.
Senza perdersi tra i meandri della botanica, si propone un’analisi che ha come soggetto l’organo foglia in generale e le sue funzioni.
