FOTOSÍNTESIS
Biología de la Plantas: Fotosíntesis
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Para continuar con el tema de las plantas, no puedo dejar afuera la función más relevante de estos seres vivos. Esta función no sólo permite a las plantas generar su propio alimento, sino que benefician al planeta entero aportando oxígeno (O2) que utilizamos tantos otros seres vivos para vivir.
Lo
curioso de este aporte es que el O2 es un producto de deshecho de
las plantas, un residuo del proceso fundamental que caracteriza a gran parte de
este reino, la Fotosíntesis.
Así
que los invito a aprender de este proceso y a entender por qué las plantas son
verdes y como consecuencia nuestro planeta es verde.
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¿Qué es la fotosíntesis?
Hace al menos 2000 millones, algunas células, gracias al azar fortuito (mutaciones) adquirieron en su maquinaria genética la capacidad de aprovechar la energía de la luz solar.
Estas células fueron capaces de combinar moléculas inorgánicas simples (dióxido de carbono: CO2, y agua: H2O) para formar moléculas orgánicas más complejas como la glucosa.
En el proceso de fotosíntesis, esas células capturaban una pequeña fracción de la energía de la luz solar y la almacenaban como energía química en esas moléculas orgánicas complejas.
Debido a que podían explotar esta nueva fuente de energía sin enfrentar competidores, las primeras células fotosintéticas llenaron los mares, liberando O2 como subproducto.
El O2 libre, que era una nueva molécula en la atmósfera, era dañino para muchos organismos. Sin embargo, la selección natural permitió que ciertas células con ventajas adaptativas no murieran por la presencia de O2.
Posteriormente, se hicieron significativas las células que aprovechaban el O2
para descomponer glucosa en un nuevo y eficiente proceso: la respiración celular.
Actualmente,
casi todas las formas de vida dependen de los azúcares producidos por
organismos fotosintéticos para obtener energía. La energía de esos
azúcares es liberada mediante la respiración celular que emplea el subproducto de la
fotosíntesis, el O2.
La luz solar impulsa la vida en la Tierra y se captura únicamente mediante la fotosíntesis. Así que permití a tus plantas estar al sol, es lo mejor que podés hacer por ellas, por vos y por el planeta. 😎
La química de la Fotosíntesis
A
partir de las moléculas de CO2 y H2O, la fotosíntesis
convierte la energía solar en energía química almacenada en los enlaces de la
glucosa (C6H12O6) y libera O2 (Figura
1).
Figura 1. Proceso
de la fotosíntesis.
La reacción química de la fotosíntesis puede resumirse así (Figura 2):
Figura 2. Reacción química de la Fotosíntesis
Este
proceso tiene lugar en las plantas y en algas eucariotas y en ciertos tipos de
procariotas. Todos estos organismos son denominados autótrofos.Un organismo autótrofo también es llamado productor primario. Elabora su propio alimento a partir de sustancias simples.
En
las plantas la fotosíntesis tiene lugar dentro de los cloroplastos y casi todos
ellos se encuentran en las células de sus hojas.
Hojas y cloroplastos
La
forma aplanada de las hojas expone una superficie considerable al sol y su
delgadez garantiza que la luz solar pueda penetrar las células. De esta forma, la luz solar puede llegar a
los cloroplastos que atrapan la luz. Las superficies superior e inferior de las
hojas constan de una capa de células transparentes denominada epidermis.
La superficie exterior de ambas capas epidérmicas está cubierta por la cutícula que es un recubrimiento ceroso que impermeabiliza las hojas y reduce la evaporación de agua.
Acá lo más
interesante desde mi punto de vista, es que la hoja de una planta obtiene CO2 atmosférico para realizar la fotosíntesis a través de poros ajustables en la
epidermis denominados estomas. Estas estructuras se abren y se cierran
a intervalos de tiempo dados para permitir la absorción de CO2.
Dentro de la hoja hay unas cuantas capas de células que, en conjunto, reciben el nombre de mesófilo o parte media de la hoja. Estas células contienen casi todos los CLOROPLASTOS de una hoja (Figura 3).
Figura 3. Estructura de un cloroplasto.
Los
cloroplastos son organelas compuestas por una doble membrana lipídica externa
que encierra un medio semifluido denominado estroma. Dentro del estroma hay
unas bolsas membranosas interconectadas denominadas TILACOIDES. En los cloroplastos, los tilacoides
forman pilas llamadas granas. Las reacciones de la fotosíntesis que dependen de
la luz se llevan a cabo dentro de los tilacoides.
Fotosíntesis: un proceso físico-químico con etapas
dependientes e independientes de la luz.
Las
reacciones se pueden dividir en:
1- 👉 Reacciones dependientes de la luz
2- 👉Reacciones independientes de la luz
Si
bien cada reacción ocurre en un lugar distinto del cloroplasto, ambos eventos
se acoplan mediante moléculas portadoras de energía.
(1 En las reacciones dependientes de la luz, la clorofila y otras moléculas de las membranas de los tilacoides capturan energía de la luz solar y convierten una parte de ella en energía química que se almacena en moléculas portadoras de energía (llamadas ATP y NADPH).
CComo subproducto se libera O2,
para beneficio de todos los seres vivos que dependemos de este gas para vivir.
(2 En las reacciones independientes de la luz, las enzimas
del estroma utilizan la energía química de las moléculas portadoras (ATP y NADPH) para
impulsar la síntesis de glucosa (Figura 4).
Figura 4.
Reacciones de la fotosíntesis
Energía luminosa en energía química
1- Los pigmentos de los cloroplastos capturan la luz:
El
sol emite energía en un amplio espectro de radiación electromagnética. El
espectro electromagnético va desde los rayos gamma (γ) de longitud de onda
corta hasta las ondas de radio de longitud de onda muy larga, pasando por la
luz ultravioleta, visible e infrarroja (Figura 5).
Figura 5. Reacciones de la fotosíntesis.
La
luz y los demás tipos de radiación se componen de paquetes de energía discretos
llamados fotones. La energía de un fotón corresponde a su longitud de
onda. Los fotones de longitud de onda corta son los más energéticos, mientras que
los de longitud de onda más larga tienen más baja energía.
La
luz visible abarca las longitudes de onda cuya energía es lo suficientemente
alta como para alterar la forma de las moléculas de ciertos pigmentos.
Cuando la luz incide en la hoja suceden los siguientes eventos:
1) 🌱 la luz es
absorbida
2) 🍒 la luz se
refleja (rebota)
3) 🍉 la luz se
transmite (pasa a través)
La
luz que se absorbe impulsa el proceso de fotosíntesis. La luz que se refleja y se transmite llega a nuestros ojos y confiere el color al objeto. Es decir que las plantas son verdes porque esa es la longitud de onda
que la hoja NO absorbe y por lo tanto, la refleja. El resto de la
luz es absorbida y utilizada para ser transformada en energía química.
Los
cloroplastos contienen varios tipos de moléculas que absorben diferentes
longitudes de onda de la luz. La clorofila, que se encuentra en las membranas
tilacoides, absorbe la luz violeta, azul y roja. Como se mencionó antes, refleja la verde.
Los
tilacoides contienen también otros pigmentos que se denominan pigmentos accesorios,
que captan energía luminosa y la transfieren a la clorofila. Los carotenoides absorben luz
azul y verde y reflejan principalmente la amarilla y naranja-roja. Las ficocianinas absorben la luz verde y amarilla,
así que vemos las longitudes de onda azul o púrpura que reflejan.
La fotosíntesis se efectúa a través de los fotosistemas I y II
Las
membranas tilacoides contienen sistemas altamente organizados de proteínas,
clorofila, pigmentos accesorios y moléculas transportadoras de electrones.
Estos sistemas son los FOTOSISTEMAS. Cada tilacoide contiene miles de copias de
2 fotosistemas (fotosistema I y fotosistema II).
Cada
uno consta de:
1) 🌲 complejo recolector de luz
2) 🌲 un sistema de transporte de electrones
Cada
complejo recolector de luz contiene aproximadamente 300 moléculas de clorofila y
pigmentos accesorios. Estas moléculas absorben la luz y transmiten la energía a
una molécula que se denomina centro de reacción. La clorofila del centro de
reacción está situada cerca de la segunda parte del fotosistema: el sistema de
transporte de electrones.
Cuando la clorofila del centro de reacción recibe energía, los electrones del centro de reacción absorben esa energía, sale de la clorofila y salta al sistema de transporte de electrones. Este electrón energético se mueve de un portador al siguiente.
En alguna de las transferencias, se libera energía que impulsa reacciones que dan lugar a la síntesis de ATP o de NADPH.
El proceso en una imagen (Figura 6):
Figura 6. Fotosistema I y Fotosistema II
Detalle de las reacciones que ocurren en cada etapa de la Fotosíntesis
Explicación de los pasos 1 al 9 de la Figura 6:
1.El complejo recolector de luz del fotosistema II absorbe la luz y la energía se transfiere a la molécula de clorofila del centro de reacción (circulo verde rodeado del amarillo)
2.Esta energía expulsa electrones del centro de reacción
3.Los electrones pasan al sistema de transporte de electrones
4.Este sistema lleva los electrones energéticos y parte de esa energía bombea iones H+ al interior del tilacoide. Este gradiente de H+ impulsa la síntesis de ATP.
5.La luz incide en el fotosistema I
6.Se emiten electrones
7.Los electrones son capturados por el sistema de transporte de electrones del fotosistema I. Los electrones que abandonan este centro de reacción son reemplazados por los provenientes del sistema de transporte de electrones del fotosistema II.
8.Los electrones energéticos del del fotosistema I quedan capturados en moléculas de NADPH.
9.Los electrones perdidos por el centro de reacción del fotosistema II son reemplazados por electrones que se obtienen de la hidrólisis del agua. ¡Esta reacción es la que libera O2!.
Figura 7. Hidrólisis del agua y liberación de oxígeno.
Ciclo de Calvin
La
captura de CO2 se efectúa en una serie de reacciones denominadas
Ciclo de Cavin-Benson o ciclo de 3 carbonos C3. Recibe este nombre porque algunas de las moléculas importantes del ciclo tienen 3 carbonos.
El
ciclo C3 requiere:
(1) CO2
(2) Un
azúcar que captura CO2 (bifosfato de ribulosa, RuBP)
(3) Enzimas
que catalizan todas las reacciones
(4) Energía
en forma de ATP y NADPH
Fijación
de carbono: el ciclo empieza y termina con RuBP, un azúcar de 5 carbonos. 6
moléculas de RuBP se combinan con CO2 para formar 6 moléculas de 6
carbonos inestable. Este compuesto reacciona con H2O para formar 12
moléculas de 3 carbonos de ácido fosfoglicérico (PGA). La captura de CO2
se denomina fijación de carbono.
Síntesis
de G3P: en una serie de reacciones catalizadas por enzimas, la energía donada
por ATP y NADPH se utiliza para convertir PGA en G3P.
Generación
de RuBP: mediante recciones que consumen ATP 10 de las 12 moléculas de G3P regeneran
las 6 moléculas de RuBP que se consumieron al principio del ciclo. Las 2
moléculas restantes de G3P se usarán para sintetizar glucosa.
Referencias
Soy Licenciada en Ciencias Biológicas y tengo un PhD en Química Biológica. Escribo esta página basada en mi experiencia como docente e investigadora y utilizo fuentes de información confiables para la redacción de los artículos:
1. Biología. La vida en la Tierra.
2..Molecular Biology of THE CELL
Y
así es como las plantas generan su propio alimento…es sencillo…eh no😋😝
Hasta
aquí entonces la entrada de hoy. Las plantas son unos seres increíbles y nos
permiten vivir en este mundo dándonos el oxígeno y la glucosa que no podemos
generar…
¡Gracias por leer!
🌱🍉🍋🍃🌹🍏🌲🌳🌴🌾🌿🌻
Espectacular!! Gracias por la explicación, muy clara
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