¿Qué es la fotosíntesis?

fotosintesis

es la conversión de materia inorgánica en materia orgánica gracias a la energía que aporta la luz. En este proceso la energía luminosa se transforma en energía química estable, siendo el adenosín trifosfato (ATP) la primera molécula en la que queda almacenada esa energía química. Con posterioridad, el ATP se usa para sintetizar moléculas orgánicas de mayor estabilidad. Además, se debe de tener en cuenta que la vida en nuestro planeta se mantiene fundamentalmente gracias a la fotosíntesis que realizan las algas, en el medio acuático, y las plantas, en el medio terrestre, que tienen la capacidad de sintetizar materia orgánica (imprescindible para la constitución de los seres vivos) partiendo de la luz y la materia inorgánica. De hecho, cada año los organismos fotosintetizadores fijan en forma de materia orgánica en torno a 100.000 millones de toneladas de carbono.1 2

Los orgánulos citoplasmáticos encargados de la realización de la fotosíntesis son los cloroplastos, unas estructuras polimorfas y de color verde (esta coloración es debida a la presencia del pigmento clorofila) propias de las células vegetales. En el interior de estos orgánulos se halla una cámara que contiene un medio interno llamado estroma, que alberga diversos componentes, entre los que cabe destacar enzimas encargadas de la transformación del dióxido de carbono en materia orgánica y unos sáculos aplastados denominados tilacoides o lamelas, cuya membrana contiene pigmentos fotosintéticos. En términos medios, una célula foliar tiene entre cincuenta y sesenta cloroplastos en su interior.1

Los orgánulos citoplasmáticos encargados de la realización de la fotosíntesis son los cloroplastos, unas estructuras polimorfas y de color verde (esta coloración es debida a la presencia del pigmento clorofila) propias de las células vegetales. En el interior de estos orgánulos se halla una cámara que contiene un medio interno llamado estroma, que alberga diversos componentes, entre los que cabe destacar enzimas encargadas de la transformación del dióxido de carbono en materia orgánica y unos sáculos aplastados denominados tilacoides o lamelas, cuya membrana contiene pigmentos fotosintéticos. En términos medios, una célula foliar tiene entre cincuenta y sesenta cloroplastos en su interior.1

Los organismos que tienen la capacidad de llevar a cabo la fotosíntesis son llamados fotoautótrofos (otra nomenclatura posible es la de autótrofos, pero se debe tener en cuenta que bajo esta denominación también se engloban aquellas bacterias que realizan la quimiosíntesis) y fijan el CO2 atmosférico. En la actualidad se diferencian dos tipos de procesos fotosintéticos, que son la fotosíntesis oxigénica y la fotosíntesis anoxigénica. La primera de las modalidades es la propia de las plantas superiores, las algas y las cianobacterias, donde el dador de electrones es el agua y, como consecuencia, se desprende oxígeno. Mientras que la segunda, también conocida con el nombre de fotosíntesis bacteriana, la realizan las bacterias purpúreas y verdes del azufre, en las que en dador de electrones es el sulfuro de hidrógeno, y consecuentemente, el elemento químico liberado no será oxígeno sino azufre, que puede ser acumulado en el interior de la bacteria, o en su defecto, expulsado al agua.3

EsTrUcTuRa De La HoJa

Del latín “Folia”. La hoja es un órgano de las plantas briofitas, pteridofitas y fanerógamas, generalmente plan y simétrico, que crece en los extremos de las ramas o en los tallos y que realiza principalmente las funciones de transpiración y fotosíntesis.

La hoja es la estructura principal de las plantas, esta encargada de llevar a cabo la tarea de nutrir a la planta, a través de la fotosíntesis. Se divide en:

• Estomas ... son los poros de la hoja, por medio de ellos el oxígeno que se separa del agua sale a la atmósfera. Se encargan también de la transpiración. Los estomas se abren y cierran de acuerdo a las necesidades de la planta y a las condiciones climáticas.

• Sistema Vascular ... acarrea los productos de la fotosíntesis a otras partes de la planta.

• Cámaras Aéreas ... amplios espacios por los que se realiza la absorción del bióxido de carbonos.

• Meatos Aéreos ... espacios rodeados por las células poliédricas que forman el Parenquimia o tejido conjuntivo de la planta.

• Vasos Liberolenosos ... sirven para la circulación de la savia.

• Parenquimia Empalizada ... se encuentra cerca de la Epidermis Superior y tiene una orientación vertical y están arregladas en forma compacta.

• Cutícula ... capa que cubre la Epidermis Superior.

Desde el exterior las principales partes de la hoja son:

Peciolo une la hoja al Tallo

Foliolo o Lamina

La fotosíntesis, proceso que permite a los vegetales obtener la materia y la energía que necesitan desarrollar sus funciones vitales, se lleva a cabo gracias a la presencia en las hojas y en los tallos jóvenes de pigmentos, capaces de captar la energía química. Estos pigmentos son:

• La clorofila, que se encuentra en los cloroplastos de cada célula. Este pigmento es indispensable para que se lleve a cabo la fotosíntesis

• Los carotenos, es un pigmento amarillo anaranjado que se encuentra en ciertas células vegetales y da su color a la zanahoria.

• Las xantofilas, son unas sustancias cristalinas de color amarillo oscuro, que se encuentra juntamente con la clorofila en los cloroplastos de las plantas.

En la fotosíntesis se reconocen dos fases sucesivas: una dependiente de la luz o reacciones luminosas (fase luminosa) y otra que no depende de ella, reacciones oscuras (fase oscura)

• En la fase luminosa, la luz que incide (fotones) es absorbida por la clorofila a la que excita, provocando que ésta libere electrones cargándose así positivamente. Por cada fotón de luz se libera un electrón. Simultáneamente los fotones provocan la ruptura de la molécula del agua (fotolisis) en dos subproductos: oxígeno, que se libera al medio y los protones (H+). Los electrones liberados por la clorofila activada son captados por los protones a través de unos transportadores, de manera que se forma el hidrógeno molecular (H2) que se utiliza para que la molécula de NADP (Nicotidamina adenina dinucleótido) se reduzca a NADP2. Los protones que se acumulen en el estroma pueden comportarse como <<enzimas activos>> catalizando la formación de moléculas de ATP a partir de ADP y P. En resumen: en la fase luminosa de la fotosíntesis el impacto de los fotones de luz sobre la clorofila y la fotolisis del agua son el origen de un estado de desequilibrio molecular (fenómeno químico) que se reequilibra constantemente gracias al flujo de protones a través de la membrana de los tilacoides ( fenómeno físico)

• La fase oscura es indiferente a la presencia de luz y sus reacciones tienen lugar en el estroma de los cloroplastos. En ella se utiliza la energía química almacenada en el ATP y el poder reductor del NADPH2, sintetizados en la fase luminosa, para la fijación del O2 atmosférico. Éste es incorporado a una molécula de 5 átomos de carbono: la ribulosa 1-5 difosfato que abunda en el estroma. El resultado, tras una molécula inestable de 6 átomos de carbono, es el ácido 3-fosfoglicérico.

Entre los distintos métodos que existen para separar y obtener los pigmentos de la clorofila se encuentra el de la cromatografía, que es una técnica que permite la separación de las sustancias de una mezcla y que tiene una afinidad diferente por el disolvente en que se encuentran. De tal manera que al introducir una tira de papel en esa mezcla el disolvente arrastra con distinta velocidad a los pigmentos según la solubilidad que tengan y los separa, permitiendo identificarlos perfectamente según sea su color.

Fase luminosa

La fase luminosa, fase clara, fase fotoquímica o reacción de Hill es la primera etapa de la fotosíntesis, que convierte la energía solar en energía química. La luz es absorbida por complejos formados por clorofilas y proteínas. Estos complejos clorofila-proteína se agrupan en unidades llamadas fotosistemas, que se ubican en los tilacoides (membranas internas) de los cloroplastos. Se denomina fase luminosa o clara, ya que al utilizar la energía lumínica, sólo puede llevarse a cabo en condiciones de alta luminosidad, ya sea natural o artificial.

El fotosistema I (PSI) y el fotosistema II (PSII) son los encargados de captar la luz y de emplear su energía para impulsar el transporte de electrones a través de una cadena de aceptores. El complejo antena de dichos fotosistemas atrapa fotones de la luz, elevando los electrones a niveles más altos que su estado cuántico fundamental, y esta energía se va transportando entre diferentes moléculas de clorofila por resonancia, hasta que en el centro del fotosistema II se produce la fotólisis del agua, rompiéndola en medio, originando O, 2 protones (H+) y dos electrones. El oxígeno se unirá con el sobrante de otra molécula de agua, para crear oxígeno atmosférico (O2); los protones translocados al interior del tilacoide contribuyen a crear un gradiente electroquímico, que será utilizado por la ATPasa, y los electrones repondrán la carencia electrónica de la clorofila original.

Existen otros dos complejos de proteínas que no están unidos a clorofilas en las membranas de los tilacoides: el complejo del citocromo b6f y el complejo de la ATP-sintetasa o ATPasa.

El citocromo b6f es un intermediario en el transporte de electrones entre el fotosistema II y el fotosistema I, capaz de crear un gradiente de energía química que será

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