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 bacterianaEn 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 carbónicoUno 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 solLa 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 yfisiología de las plantas C4 y CAM frente a lasC3 son el resultado de la presión selectiva delambiente sobre un carácter complejo: usoeficiente del agua frente a la asimilación de CO2.

La ruta metabólica C3 seencuentra en los organismos fotosintéticoscomo las cianobacterias, algas verdes y en lamayoría de las plantas vasculares. Las víasmetabólicas C4 y CAM se encuentran solo enplantas vasculares. Las vías C4 y CAMinvolucran mecanismos especializados para laconcentración y transporte del CO2 a los sitiosde fijación por RUBISCO (vía C3), pagandoun precio extra en términos de ATP por unidadde CO2 fijado, sin presentar ninguna modalidado mejora bioquímica en términos de laeficiencia de RUBISCO sobre la vía C3. De lasespecies estudiadas hasta el momentoaproximadamente el 89% son C3 , el 10% sonCAM y el restante 1% son C4 ; adicionalmente se conocen unas cuantas especies que sonintermedias 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 laintensidad luminosa es elevaday constante, el procesofotosintético aumenta enrelación directa con laconcentración de CO2 en elaire, 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, amayor temperatura, mayor eficacia de las enzimas y, por tanto, mayor rendimiento fotosintético. Si se sobrepasan loslimites de temperatura, se producen alteraciones enzimáticas y el rendimiento disminuye. Si se llega a producir ladesnaturalización 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, encambio, precisan de periodos nocturnos.f) Intensidad luminosa. Cada especie esta adaptada a vivir dentro de un intervalo de intensidad de luz. Hay especies depenumbra y especies fotófilas. Dentro de cada intervalo, a mayor iluminación, mayor rendimiento, hasta superarciertos 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; loscarotenos y xantofilas, en la azul; las ficocianinas, en la naranja; y las ficoeritrinas, en la verde. Todos estos pigmentospasan la energía a las moléculas diana. La luz monocromática menos aprovechable en los organismos que carecen deficocianinas y ficoeritrinas es la luz verde. En las cianoficeas, que si las poseen, la luz roja estimula la síntesis deficocianina, 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 disponibleEl 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.