Il ciclo del Fosforo

inserita il 18-02-2024

Il Fosforo

lo ione fosfato

descrizione generale

Il Fosforo, elemento del gruppo VA, è uno dei 6 non-metalli alla base della chimica degli esseri viventi, (gli altri sono il Carbonio, l'Ossigeno, l'Idrogeno, l'Azoto e lo Zolfo), per cui il suo ciclo coinvolge la geosfera (litosfera, idrosfera e -limitatamente- atmosfera) e la biosfera, la sfera che comprende tutti i viventi sia degli ecosistemi marini che di quelli continentali.

Il ciclo del fosforo è più semplice rispetto a quelli dell'Azoto e del Carbonio, in quanto non subisce grandi modificazioni chimiche, ma coinvolge soprattutto il Fosforo sotto forma di ione fosfato.
Come tale lo troviamo nelle rocce Fosfatiche dentro le apatiti, minerali a base di Fosfato di Calcio Ca₃(PO₄)₂ combinato con alogenuri e idrossidi di Calcio.

Fluoroapatite Di Benjah-bmm27 - Opera propria, Pubblico dominio, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=1978042
P: arancione; O: rosso; Ca: bianco; Fluoro: verde;

Il Ciclo del Fosforo

1. Litosfera:
   Rocce fosfatiche: Rocce sedimentarie organogene nelle quali il fosforo si trova principalmente sotto forma di minerali fosfatici, come l'apatite.
   Si tratta di rocce che derivano dall'accumulo di deiezioni, guano, di animali, o resti di parti dure e molli di animali e vegetali, soprattutto in ambiente marino e lacustre.
   Queste rocce possono subire processi di Meteorizzazione essere frammentate da ghiaccio e vento e dilavate dall'acqua e il Fosforo passa nel suolo e nell'Idrosfera; dal suolo o dall'acqua il Fosfato può essere direttamente estratto dalle specie vegetali piante e alghe e entrare nella Biosfera.
2. Idrosfera:
   Ioni fosfato disciolti in acqua possono essere trasportati dai fiumi e dai ruscelli verso laghi, mari e oceani.
   Qui possono essere assorbiti dagli esseri viventi o stratificarsi a formare depositi sedimentari.
   Gli stessi esseri viventi possono rilasciare fosfati nell'acqua per decomposizione dei loro tessuti.
   Il Fosforo depositato nei sedimenti marini e oceanici, può tornare ad essere mobilizzato in tempi lunghissimi, in quanto poco solubile in acqua.
   I movimenti tettonici possono far riemergere porzioni di sedimenti oceanici e esporre di nuovo le rocce a processi meterorici.
   Per cui i sedimenti sono un grande bacino di riserva dei fosfati.
3. Biosfera:
   Piante e alghe possono estrarre direttamente il fosfato dal suolo o dall'acqua.
   Il Fosforo, sempre nella forma inalterata di Fosfato, risale poi tutti i gradini della scala alimentare e si distribuisce agli altri gruppi di viventi, eterotrofi.
   Il Fosfato poi torna nel suolo e nell'acqua con i processi di decomposizione batterica e si rende nuovamente disponibile per la geosfera nel suolo e nei depositi di rocce sedimentarie.
4. Atmosfera:
   La quantità delle anidridi del Fosforo nell'atmosfera è nel complesso molto limitata.
   Per cui possiamo considerare l'Amosfera ininfluente come deposito di Fosforo.

Il Ruolo del Fosforo nei Viventi

Il gruppo fosfato (PO₄³-) è essenziale per molte biomolecole, tra cui:

1. ACIDI NUCLEICI DNA e RNA: I nucleotidi che costituiscono il DNA e l'RNA contengono gruppi fosfato che formano il legame fosfodiesterico, il quale connette i nucleotidi in una catena.

I Nucleotidi
2. METABOLISMO ENERGETICO: ATP (adenosina trifosfato) e GTP (guanosina trifosfato): L'ATP (e in misura più limitata il GTP) è la molecola fondamentale per il trasferimento di energia nelle cellule, tra reazioni endoegoniche ed esoergoniche.
   L'energia chimica è immagazzinata nel legame tra i gruppi fosfato dell'ATP (3 gruppi fosfato) e viene rilasciata quando il legame viene spezzato durante la reazione di idrolisi per formare ADP (due gruppi fosfato) o AMP (un gruppo fosfato) rendendola disponibile per le reazioni endoergoniche.
   L'energia liberata dalle reazioni esoergoniche può poi essere riutilizzata per ricaricare l'ADP ad ATP.

ADP

ATP

Fosfolipide
3. FOSFOLIPIDI: Sono i componenti fondamentali delle membrane cellulari. I gruppi fosfato sono presenti nella testa dei fosfolipidi in modo da renderla idrofila e da permettere il contatto con l'acqua, mentre il resto della molecola, la coda, è idrofoba.
4. SCHELETRI E GUSCI: Il fosfato è un componente essenziale dell'idrossiapatite, che è il principale minerale presente nello scheletro e nei denti degli esseri umani e di molti altri animali. L'idrossiapatite è una forma cristallina di fosfato di calcio che conferisce resistenza e rigidità all'osso.
   Durante il processo di mineralizzazione ossea, il fosfato di calcio si deposita all'interno della matrice proteica dell'osso, formando cristalli di idrossiapatite. Questo conferisce all'osso la sua resistenza e la sua capacità di sopportare carichi meccanici.
   In quantità minore possiamo trovare il Fosfato di Calcio anche come componente dei gusci delle uova di rettili e uccelli e delle conchiglie dei molluschi bivalvi.

Alterazioni del Ciclo

L'EUTROFIZZAZIONE

I fosfati (insieme ai nitrati e altri composti inorganici e organici) sono componenti primari dei fertilizzanti e dei concimi, utilizzati per arricchire il terreno di nutrienti indispensabili per le piante.
I concimi in eccesso, non intrappolati nel terreno e non assorbiti dalle piante possono essere dilavati e trasportati in alvei naturali di acqua dolce o marina.
Queste acque diventano particolarmente ricche in nutrienti in un processo chiamato Eutrofizzazione.
Tali nutrienti causano la proliferazione abnorme delle alghe che vengono decomposte dai batteri con un intenso consumo di ossigeno.
Le acque diventano di fatto anossiche e possono "soffocare" i pesci provocandone la morte massiva.
Per cui si rendono necessari interventi per ridurre l'eutrofizzazione a partire dalla riduzione della quantità dei fertilizzanti, la depurazione degli scarichi civili e industriali, il trattamento delle acque di scolo prima dello sversamento nei bacini idrici.

Videolezione sul ciclo del fosforo