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FOTOSÍNTESIS
¿Qué es la Fotosíntesis?
La fotosíntesis (del griego antiguo φώτο [foto], "luz", y σύνθεσις [síntesis],
"unión") es la conversión de energía luminosa en energía química estable.
"La fotosíntesis es el proceso por el cual las plantas verdes, las algas y algunas
bacterias utilizan para su desarrollo, crecimiento y reproducción a la energía de la
luz. Consiste en la transformación de la energía lumínica en química que hace que
la materia inorgánica (agua y dióxido de carbono) se vuelva orgánica. Los estomas
de las hojas de la plantas absorben los gases que contiene la atmósfera como el
dióxido de carbono y que se combina con el agua que hay dentro de las células de
la planta. Se forman almidones nutritivos para la planta y se liberan hacia el
exterior el oxígeno. Los seres vivos que realizan este proceso se les llama
fotoautótrofos".
¿Qué organismos realizan este
proceso?
Son conocidos como autòtrofos. Los organismos
capaces de realizar la fotosíntesis son las plantas, las
algas y las cianobacterias.
¿Qué organelo celular la lleva a cabo y
qué estructura tiene?
•
ESTRUCTURA-FUNCION
La fotosíntesis está ligada a cierta estructura de la célula, la cual mantiene cerca, y en orden y en
cantidad precisos, a todos los componentes que intervienen. De este modo el proceso no se
detiene por falta de cierto componente o porque un intermediario inestable se recombinó con
alguna sustancia inadecuada.
-PLASTIDOS:
Los organelos responsables de la fotosíntesis son de dos tipos: aquellos discretos, encerrados en
una membrana limitante y por tanto con matriz propia, los cloroplastos, y los no discretos, cuya
matriz es la matriz del citoplasma, los cromoplastos. Para referirse a ambos se usa el término
plástidio.
Los cloroplastos son exclusivos de organismos eucariontes y los cromoplastos, de organismo
procariontes.
Cloroplastos:
Los cloroplastos son unos orgánulos característicos de las células de tipo vegetal que contienen
clorofila, hecho que permite que éstos puedan llevar a cabo la fotosíntesis. Es por ello por lo que se
consideran orgánulos productores de energía.
En las plantas puede haber docenas de clroplastos en elcitoplasma de cada célula verde, mientras
que en organismo eucariontes unicelulares sólo puede haber uno o dos.
Dentro del cloroplasto hay un material semifluido incoloro proteínico que constituye el estroma.
Aquí es donde se localiza la mayoría de las enzimas requeridas en las reacciones oscuras.
Clorofila:
La clorofila es el pigmento responsable de
dar el color verde a las plantas. Sin
embargo, una planta que no sea verde no
siempre carece de clorofila.
Un análisis de la estructura de la clorofila y
de su disposición en el cloroplasto muestra
que están muy relacionadas con la función
que desempeña. Posee un sistema de
anillos pirrólicos. Cualquier sistema con
estos anillos se excitan con poca cantidad
de energía como la luz.
Por otra parte, debe existir algún sitio
que acumule la energía de excitación para
que no circule demasiado tiempo y se
pierda como calor.
Cloroplasto
¿En qué consiste el proceso?
Fase luminosa:
Se realiza en los cloroplastos formados por tilacoides y pigmentos. El
agua es captada a través de de las raíces y en presencia de la luz,
dentro de los cloroplastos se rompe en HIdrógeno y Oxígeno que se
desprende a la atmósfera.
El CO2 se usa en la formación de glucosa.
Durante las reacciones luminosas se descompone el agua en Hidrógeno
y Oxígeno, y la energía luminosa que se capta, se convierte en ATP y
NADPH.
Fase oscura (ciclo de calvin):
Se efectúa en el estroma de los cloroplastos, donde se usa el ATP y el
NADPH para convertir el CO2 y elagua en glucosa.
¿Hay diferentes tipos de Fotosíntesis?
Existen dos tipos de fotosíntesis. La fotosíntesis
anoxigénica o bacteriana en la que no se
produce oxígeno y la fotosíntesis oxigénica o
vegetal, en la que se desprende oxígeno y que
es la más habitual. Los seres que realizan la
fotosíntesis se denominan autótrofos o, más
exactamente, fotoautótrofos.
Fotosíntesis vegetal
Es un proceso complejo y consta de varias fases pero, en esencia,
se puede resumir así:
Las plantas toman dióxido de carbono del aire y agua del suelo y, con la energía del sol,
sintetizan glucosa, un hidrato de carbono rico en energía (E), y liberan oxígeno. Este
proceso tiene lugar en las hojas gracias a la clorofila, un pigmento contenido en los
cloroplastos, unos orgánulos propios de las células vegetales.
En el caso de la fotosíntesis vegetal, la primera reacción que se produce es la ruptura de la
molécula de agua (fotolisis), que se convierte en dador de electrones, de la siguiente
forma:
Los electrones energéticos aportarán la energía
química necesaria para que los protones de
hidrógeno se unan al dióxido de carbono y formen
hidratos de carbono en forma de glucosa.
Los organismos que realizan esta fotosíntesis son las
plantas (Reino Plantas), las algas (Reino Protoctistas)
y algunas bacterias (Reino Monera). A todos ellos se
les denomina comúnmente productores.
Fotosíntesis bacteriana
En la fotosíntesis anoxigénica o bacteriana los organismos que la realizan no utilizan el
agua como elemento dador de electrones, por lo que no existe producción de oxígeno.
Existen tres tipos de organismos que realizan esta fotosíntesis: las sulfobacterias
purpúreas y las sulfobacterias verdes, las cuales emplean sulfuro de hidrógeno, y las
bacterias verdes que utilizan materia orgánica como sustancia donadora de electrones
(por ejemplo, el ácido láctico).
En el caso de las sulfobacterias purpúreas, el sulfuro de hidrógeno se descompone de
la siguiente forma:
¿Para qué se utiliza la molécula de
agua?
Se necesita un suministro constante de agua
para el proceso de la fotosíntesis. Las plantas
absorben el agua del suelo a través de sus
raíces hasta las hojas. Durante la fotosíntesis,
las moléculas de agua se descomponen dentro
de los cloroplastos, formándose iones de
hidrógeno y moléculas de oxigeno.
¿De dónde se obtiene el carbono
que constituye a las moléculas que
se producen?
La fotosíntesis consiste en tomar anhídrido carbónico del aire, fijar el carbono y expulsar
el oxígeno, que sale de las hojas a través de los estomas y pasa al aire. Si bien este gas es
un subproducto de la fotosíntesis, su función es fundamental para la vida en La Tierra.
Las plantas aprovechan solo una pequeña fraccion del oxigeno que producen.
El anhídrido carbónico
Uno de los elementos principales de todas las sustancias orgánicas es el carbono. El
dióxido de carbono es un gas que desprenden los animales al respirar y los combustibles
fósiles cuando se queman. La asimilación de dioxido de carbono o anhídrido carbónico
con ayuda de la luz, hace que la fotosíntesis sea un proceso bioquímico combinado, cuyo
efecto final se traduce por la transformación de energía lumínica en energia química. Las
plantas absorben el dióxido de carbono por unos poros diminutos llamados estomas, que
se encuentran en la parte inferior de las hojas.
¿Cuáles son los productos iniciales y
finales?
Productos iniciales: En la Fotosíntesis los
Productos iniciales son agua, CO2 y sales
minerales
Productos finales: Son la glucosa y el O2
¿Para qué y cómo se utiliza la luz?
La energía del sol
La luz solar se compone por radiaciones rojas,
anaranjadas, amarillas, verdes, azules, añiles y
moradas. Para la fotosíntesis la longitud de
onda más importante es la de la luz roja, la
cual es asimilada por la clorofila de la planta.
Los otros colores se reflejan, haciendo que la
planta se vea verde.
¿Cómo se produce el oxígeno?
La reacción de la glucosa es
6CO2 + 6H2O + energía --> C6H12O6 + 6O2
Los productos iniciales son el dióxido de carbono y el agua, al
combinarse, forman glucosa y desprenden el oxígeno que los seres
vivos respiramos.
¿Qué diferencia existe entre la
fotosíntesis que realiza un nopal y el
maíz?
La ruta metabólica del nopal es la CAM y la del
maíz C4; por lo cual varían las características
de sus respectivas fotosíntesis en el uso del
ATP y la fijación del CO2
Las modificaciones en estructura y
fisiología de las plantas C4 y CAM frente a las
C3 son el resultado de la presión selectiva del
ambiente sobre un carácter complejo: uso
eficiente del agua frente a la asimilación de CO2.
La ruta metabólica C3 se
encuentra en los organismos fotosintéticos
como las cianobacterias, algas verdes y en la
mayoría de las plantas vasculares. Las vías
metabólicas C4 y CAM se encuentran solo en
plantas vasculares. Las vías C4 y CAM
involucran mecanismos especializados para la
concentración y transporte del CO2 a los sitios
de fijación por RUBISCO (vía C3), pagando
un precio extra en términos de ATP por unidad
de CO2 fijado, sin presentar ninguna
modalidad
o mejora bioquímica en términos de la
eficiencia de RUBISCO sobre la vía C3. De las
especies estudiadas hasta el momento
aproximadamente el 89% son C3 , el 10% son
CAM y el restante 1% son C4 ; adicionalmente
se conocen unas cuantas especies que son
intermedias C3-C4.
¿Por qué algunas plantas como el tilo
americano, el chícharo y las habas no
crecen bien en climas áridos?
Hay plantas cuyas rutas metabólicas les
permiten adaptarse más fácilmente a tolerar
estrés hídrico severo,
Los climas aridos representan mayor dificultad
de obtener agua para las plantas, por lo que
solo las que esten especializadas para este tipo
de clima creceran en las zonas donde se
presente, con las caracteristicas que han
desarrolado para ello como es el caso de las
cactaceas.
¿Cuáles son los factores que influyen
en la Fotosíntesis?
a) Concentración de CO2. Si la
intensidad luminosa es elevada
y constante, el proceso
fotosintético aumenta en
relación directa con la
concentración de CO2 en el
aire, hasta llegar a un cierto limite, en el cual se estabiliza.
b) Concentración de O2. Cuanto mayor es la concentración de
oxigeno en el aire, menor es el rendimiento fotosintético,
debido a los procesos de fotorrespiración.
c) Escasez de agua. La escasez de agua en el suelo y de vapor de
agua en el aire disminuye el rendimiento fotosintético.
Así, ante la falta de agua se cierran los estomas para evitar la
desecación, y la entrada de CO2 es menor.
d) Temperatura. Cada especie esta adaptada a vivir dentro de un intervalo
de temperaturas. Dentro de ese intervalo, a
mayor temperatura, mayor eficacia de las enzimas y, por tanto, mayor
rendimiento fotosintético. Si se sobrepasan los
limites de temperatura, se producen alteraciones enzimáticas y el rendimiento
disminuye. Si se llega a producir la
desnaturalización de las proteínas, sobreviene la muerte de la planta.
e) Tiempo de iluminación. Hay especies en las que, a mas horas de luz,
mayor rendimiento fotosintético. Otras, en
cambio, precisan de periodos nocturnos.
f) Intensidad luminosa. Cada especie esta adaptada a vivir dentro de un
intervalo de intensidad de luz. Hay especies de
penumbra y especies fotófilas. Dentro de cada intervalo, a mayor iluminación,
mayor rendimiento, hasta superar
ciertos limites, en los que se produce la foto-oxidación irreversible de los
pigmentos fotosintéticos.
g) Color de la luz. La clorofila a y la
clorofila b absorben energía lumínica en
la región azul y roja del espectro; los
carotenos y xantofilas, en la azul; las
ficocianinas, en la naranja; y las
ficoeritrinas, en la verde. Todos estos
pigmentos
pasan la energía a las moléculas diana. La
luz monocromática menos aprovechable
en los organismos que carecen de
ficocianinas y ficoeritrinas es la luz verde.
En las cianoficeas, que si las poseen, la
luz roja estimula la síntesis de
ficocianina, y la luz verde, la de ficoeritrina.
¿Qué ocurre con la Fotosíntesis
durante el Otoño?
La fotosíntesis es un proceso que únicamente
se produce en plantas que contengan clorofila,
es decir en las partes verdes del vegetal. Por lo
tanto, un árbol sin hojas no puede
fotosintetizar. Durante el otoño e invierno,
cuando el árbol carece de hojas, entra en una
etapa de letargo, consumiendo sus reservas
hidratocarbonadas en el proceso de la
respiración, hasta la espera de la aparición de
nuevas hojas.
Las hojas usan la luz solar para producir comida para los árboles. Cuando la
luz entra en la hoja, una parte especial de la hoja llamada cloroplasto, usa la
luz para cambiar el dióxido de carbono y el agua por oxígeno respirable y un
azúcar llamada glucosa.
Adentro del cloroplasto hay una sustancia llamada clorofila. La clorofila es
muy importante, porque permite la fotosíntesis y les da el color verde a las
hojas.
Cuando el otoño empieza y el invierno está llegando, ya no habrá tanta luz
como había en verano. Eso implica que las hojas no recibirán tanta luz como
acostumbraban, y la clorofila empezará a decrecer.
Además de que la clorofila es lo que les da a las hojas el color verde,
entonces si la clorofila empieza a decrecer las hojas comenzarán a cambiar el
verde por algún otro color.
Dentro de las hojas siempre habrá manchitas de otros colores, entonces
cuando el verde empieza a decrecer, los otros colores comienzan a mostrarse
más. Algunos de los colores que se esconden en la hoja son: marrón (puede
significar que la hoja esta muerta o muriendo), amarillo, y naranja. Los
colores como el rojo y el violeta son causados por reacciones químicas
dentro de la hoja.
¿Cuál es la importancia del proceso
para el mantenimiento de la vida en el
planeta?
La vida en la tierra depende fundamentalmente de la energía solar, la cual es atrapada
mediante el proceso fotosintetico, que es responsable de la producción de toda la materia
organica que conocemos. La materia orgánica comprende los alimentos que consumimos
diariamente tanto nosotros como los animales, los combustibles fósiles (petróleo, gas,
gasolina, carbón); así como la leña, madera, pulpa para papel, inclusive la materia prima
para la fabricación de fibras sintéticas, plásticos, poliester, etc.
La cantidad de carbono fijado por la fotosíntesis es espectácular, como lo demuestran las
cifras de la producción anual de materia orgánica seca, estimada en 1,55 x 1011
toneladas, con aproximadamente 60% formada en la tierra, el resto en océanos y aguas
continentales.
Los organismos que en el curso de la evolución aprendieron a usar la energía solar y a
transformarla en energía química son los llamados autótrofos, que están representados
por bacterias y organismos del Reino Vegetal.
¿Qué factores ambientales pueden
alterar el proceso fotosintético?
Los factores ambientales que influyen son los siguientes:
Luz (aumento y falta).
Dióxido de Carbono (CO2)
Nutrientes.
Agua disponible
El clima.
Cada uno de los factores ambientales citados afecta la tasa de fotosíntesis de diferente
manera:
•La concentración del CO2 es uno de los factores ambientales con mayor influencia
sobre la fotosíntesis y sobre el crecimiento de las plantas.
Este gas estimula la fotosíntesis por su función de sustrato.
•En cambio, altas concentraciones de O2 inhiben el proceso de fotosíntesis.
•Los altos niveles de luz (energía lumínica) permiten que se exprese la máxima
capacidad de fotosíntesis, mientras no haya restricción de agua y nutrientes y por
la falta de luz pues no se puede cumplir la fotosisntesis.
Aumentar la penetración de radiación dentro del área de cultivo es una forma de
inducir mayores tasas fotosintéticas.
•En cuanto a la temperatura, las plantas viven y
fotosintetizan en una gran variedad de hábitats
con grandes diferencias en sus condiciones
térmicas.
Como en cualquier otro proceso bioquímico, la
capacidad fotosintética de cada especie tiene un
óptimo de temperatura.
•Por encima de ese valor, la fotosíntesis
disminuye por la desnaturalización (pérdida de
la estructura espacial) de las enzimas.