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Fotosíntesis

Fotosíntesis

La fotosíntesis es un proceso químico que convierte dióxido de carbono en compuestos orgánicos, especialmente, utilizando la energía solar. Esta función clorofílica convierte la materia inorgánica en materia orgánica gracias a la energía que aporta la luz.

La fotosíntesis se produce en las plantas, las algas, y algunos grupos de bacterias, pero no en los arqueas. Los organismos fotosintéticos reciben el nombre de " fotoautótrofos", Pero no todos los organismos que utilizan la luz como fuente de energía efectúan la fotosíntesis, pues los "fotoheterótrofos" utilizan compuestos orgánicos, y no dióxido de carbono, como fuente de carbono.

En las plantas, las algas y los cianobacterias, la fotosíntesis utiliza dióxido de carbono y agua, liberando oxígeno como producto residual. la fotosíntesis tiene una importancia crucial para la vida en la Tierra, pues además de mantener el nivel normal de oxígeno en la atmósfera, casi todas las formas de vida dependen directamente como fuente de energía, o indirectamente como fuente última de la energía en su alimento.

La cantidad de energía capturada por la fotosíntesis es inmensa, de aproximadamente 100 teravatios: esto es unas seis veces la energía consumida anualmente por la civilización humana. En total, los organismos fotosintéticos convierten unos 100.000 millones de toneladas de carbono en biomasa cada año.

No está claro cuándo aparecieron en la Tierra los primeros organismos capaces de implementar la fotosíntesis, pero la presencia de formaciones estriadas en algunas rocas debido a la presencia de óxido sugiere que los ciclos estacionales de oxígeno en la atmósfera terrestre, un síntoma de la fotosíntesis, aparecieron toscamente Hace tres mil quinientos millones de años en Archeano.

¿Qué influencia tiene la fotosíntesi con el cambio climático?

La fotosíntesi permite reducir la cantidad de dióxido de carbono en la atomósfera de una manera natural. El dióxido de carbono es un gas de efecto invernadero. La presencia de una concentración demasiado elevada de este tipo de gases en la atmósfera impide que el calor pueda escapar al exterior.

Cuando los rayos del Sol entran en la atmósfera, parte de estos calientan el planeta y parte vuelven rebotados al espacio. Parte de esta radiación rebotada vuelve a rebotar contra los gases de efecto invernadero y no pueden salir. Algunos de estos gases se producen de forma natural, como las nuves; pero otros son generados artificialmente. La quema de combustibles fósiles, por ejemplo generan gases de este tipo.

Por otro lado, sobretodo las grandes extensiones forestales las plantas no dejan de absorver este dióxido de carbono de más. Por este motivo, la fotosíntesi és un proceso natural que contribuye a no agravar el problema del cambio climático gracias a la energía solar.

¿Cuál es la reacción química de la fotosíntesis?

Durante la fotosíntesis, con la mediación de la clorofila, la radiación solar convertirá seis moléculas de CO2 y seis moléculas H2O en una molécula de glucosa (C6H12O6), azúcar fundamental para la vida de la planta. Como subproducto de la reacción, se producen seis moléculas de oxígeno, que la planta libera en la atmósfera a través de las estomas que se encuentran en la hoja.

6 CO2 + 6 H2O → C6H12O6 + 6 O2

FotosíntesisLa fotosíntesis de la clorofila es el proceso primario de producción de compuestos orgánicos de sustancias inorgánicas claramente dominantes en la Tierra. Además, la fotosíntesis es el único proceso biológicamente importante capaz de recolectar energía solar, de la cual, básicamente, depende la vida en la Tierra.

¿Cuáles son las fases de la fotosíntesis?

La fotosíntesis de la clorofila, también llamada fotosíntesis de oxígeno debido a la producción de oxígeno en forma molecular, se lleva a cabo por etapas en dos fases:

  • La fase dependiente de la luz (o fase luminosa), dependiente de la luz;
  • La fase de fijación de carbono de la cual el ciclo de Calvin es parte.

Fase luminosa

La fase luminosa o reacción dependiente de la luz es el paso de la fotosíntesis en la que se convierte energía solar en energía química. La luz es absorbida por la clorofila y otros pigmentos fotosintéticos como el caroteno y es usada para fragmentar el agua, por lo que se produce oxígeno como residuo.

El proceso fotosintético tiene lugar dentro de los cloroplastos. Dentro de estos hay un sistema de membranas que forman pilas de bolsas aplanadas (tilacoides), llamado grano, y de los granos de los listones de conexión (intergraniche laminillas). Dentro de estas membranas encontramos moléculas de clorofila. Las moléculas de clorofila estan agregadas para formar los llamados fotosistemas. Se pueden distinguir el fotosistema I y el fotosistema II.

Los fotosistemas son un conjunto de moléculas de pigmento dispuestas para rodear una molécula especial "trampa" de clorofila. La energía del fotón pasa de molécula en molécula hasta que se alcanza la clorofila especial. En el fotosistema I, la molécula trampa está excitada por una longitud de onda de 700 nm, en el fotosistema II de 680 nm.

El fotosistema I está formado por un LHC (complejo que captura la luz) se compone de aproximadamente 70 moléculas de clorofila a y b, y 13 diferentes tipos de cadenas de polipéptidos, y un centro de reacción que incluye aproximadamente 130 moléculas de clorofila a dicho P 700, un tipo particular de clorofila que tiene la máxima absorción de luz a 700 nm.

FotosíntesisEl fotosistema II también se compone de un LHC, formado por aproximadamente 200 moléculas de clorofila en y b, así como de diferentes cadenas de polipéptidos, y un centro de reacción que se forma a partir de aproximadamente 50 moléculas de clorofila en dicho P 680, que tiene la máxima absorción de la luz solar a 680 nm.

Todas estas moléculas son capaces de capturar la energía de la radiación solar. Sin embargo, sólo aquellos de clorofila son capaces de moverse a un estado excitado que activa la reacción fotosintética. Las moléculas que solo tienen la función de captación se llaman moléculas de antena; aquellos que activan el proceso fotosintético se llaman centros de reacción.

La "fase luminosa" está dominada por la clorofila a. Las moléculas de clorofila a absorben selectivamente la luz en las partes roja y azul-violeta del espectro visible, a través de una serie de otros pigmentos adyuvantes. La energía capturada por las moléculas de clorofila permite la promoción de electrones desde orbitales atómicos de menor energía a orbitales de mayor energía.

Estos son sustituidos inmediatamente por la escisión de moléculas de agua (que, por H2O, se divide en dos protones, dos electrones y un oxígeno gracias a la fotólisis, operado por el OEC fotosíntesis oxigénica asociado con fotosistema II).

Los electrones liberados por la fotosíntesis de la clorofila II se alimentan a una cadena de transporte que consiste en el citocromo B6f, durante el cual pierden energía y se mueven a un nivel de energía más bajo. La energía perdida se usa para bombear protones desde el estroma hacia el espacio del tilacoide, creando un gradiente de protones.

Finalmente, los electrones alcanzan el fotosistema I. El fotosistema I, a su vez, ha perdido otros electrones debido a la luz. Los electrones perdidos por el fotosistema I se transfieren a la ferredoxina, que reduce NADP + a NADPH. A través de la proteína de membrana ATP-sintasa localizada en la membrana del tilacoide, los iones H + liberados por el paso del agua de hidrólisis desde el espacio a los tilacoides de estroma, es decir, hacia gradiente, sintetizar ATP a partir de grupos libres de fosfato y ADP. Se puede formar una molécula de ATP cada dos electrones perdidos por los fotosistemas.

Varios estudios han demostrado que la planta crece más con la radiación solar difusa que con luz directa, con la misma potencia de luz entrante. Un estudio enfatiza, sin embargo, la relevancia de otras condiciones que modifican el crecimiento de las plantas que varían con la luz, como la humedad y la temperatura; una luz directa conduce, de hecho, a un aumento de la temperatura que hace que se evapore más agua en la planta.

Fase de fijación del carbono o el ciclo de Calvin

La fase de fijación del carbono o el ciclo de Calvin (también llamada fase en la oscuridad o de luz independiente fase) implica la organication de CO2. Su incorporación en compuestos orgánicos y la reducción del compuesto obtenido gracias a la ' ATP derivado de la fase de luz.

El ciclo de Calvin utiliza la energía de los portadores excitados electrónicamente de corta duración para convertir el dióxido de carbono y el agua en compuestos orgánicos que pueden ser utilizados por el organismo. Este conjunto de reacciones también se llama fijación de carbono. La enzima clave del ciclo se llama RuBisCO.

Las enzimas en el ciclo de Calvin son funcionalmente equivalentes a la mayoría de las enzimas utilizadas en otras vías metabólicas como la gluconeogénesis y la vía de la pentosa fosfato. Sin embargo, las enzimas del ciclo de Calvin se encuentran en el estroma del cloroplasto en lugar del citosol celular, separando las reacciones.

Estas enzimas se activan en la luz, y también por productos de la reacción dependiente de la luz. Estas funciones reguladoras evitan que el ciclo de Calvin se respire a dióxido de carbono. Se desperdiciaría energía (en forma de ATP) al llevar a cabo estas reacciones que no tienen productividad neta.

¿Qué factores que influyen en el proceso?

Los factores externos más importantes que intervienen en el rendimiento de la fotosíntesis son:

  • La temperatura: cada especie vegetal tienen un intervalo de temperaturas en la que se siente más cómoda. Dentro de este intervalo, la eficacia del proceso varía como consecuencia de un aumento en la movilidad de las moléculas.
  • La concentración de dióxido de carbono: el rendimiento fotosintético aumenta proporcionalmente con la concentración de dióxido de carbono en el aire en condiciones constantes de radiación lumínica.
  • La concentración de oxígeno: cuanto mayor es la concentración de oxígeno en el aire, menor es el rendimiento fotosintético. Esta variación se debe a los procesos de fotorrespiración.​
  • La intensidad luminosa: a mayor intensidad luminosa, mayor rendimiento, hasta sobrepasar ciertos límites. Sobrepasados estos límites sobreviene la fotooxidación irreversible de los pigmentos fotosintéticos.
  • El tiempo de iluminación: existen especies que presentan una mayor producción fotosintética cuanto mayor sea el número de horas de luz.
  • La escasez de agua: ante la falta de agua en el terreno y de vapor de agua en el aire disminuye el rendimiento fotosintético. Si la planta detecta falta de agua cierra los estomas para evitar su desecación. La contrapartida es que este sistema de auto-protección dificulta la entrada de de dióxido de carbono. Además, el incremento de la concentración de oxígeno interno desencadena la fotorrespiración.
  • El color de la luz: dependiendo del clor de la luz y de las características de la espécie, la conversión fotosintética es distinta.
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Fecha publicación: 24 de agosto de 2018
Última revisión: 15 de marzo de 2020