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Fotosíntesis

Fotosíntesis

La fotosíntesis es un proceso químico que convierte dióxido de carbono en compuestos orgánicos, especialmente, utilizando la energía de la radiación solar.

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.

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

La 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.

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

La segunda fase de la fotosíntesis también se llama fase en la oscuridad; el término, sin embargo, puede inducir a error, ya que no se refiere a la ausencia de luz, ya que algunas enzimas que intervienen en esta fase se activan directamente por su propia luz, por lo que la fase de la luz se lleva a cabo de forma simultánea y no por la noche. De hecho, en ausencia de luz tiene escasez de ATP y NADPH, que se forman durante el período de luz y las estomas están cerrados, entonces no hay acceso a CO2; también se produce incluso inactividad de ciertas enzimas que son dependientes de la luz (Rubisco, 3-PGA deshidrogenasa, fosfatasa y ribulosa quinasa 1,5 bis-fosfato).

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

El 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, pero 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, cuyas moléculas 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, que a su vez, debido a la luz, ha perdido otros electrones. 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 (Capas membranosas internas al cloroplasto o, en el caso de bacterias autótrofas, distribuidos en el citoplasma), 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.

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 , a saber, su incorporación en compuestos orgánicos y la reducción del compuesto obtenido gracias a la ' ATP derivado de la fase de luz.

En este ciclo hay un compuesto orgánico fijo, ribulosa-bifosfato, o RuBP, que se transforma durante la reacción hasta que vuelve a su estado inicial. Las 12 moléculas de ribulosa bisfosfato presente en el ciclo de Calvin reaccionan con el agua y dióxido de carbono de someterse a una serie de transformaciones por la enzima carboxilasa ribulosa-bifosfato, o rubisco. Al final del proceso, además de la 12 RuBP recién sintetizado, surgen 2 moléculas de gliceraldehído 3-fosfato, que son expulsadas del ciclo como el producto de la fijación neta.

Para ser activado, el ciclo de Calvin requiere energía química y apoyo a través de la hidrólisis de 18 ATP enADP y oxidación de 12 NADPH en NADP + e iones libres de hidrógeno H + (que son protones). El ATP y el NADPH consumidos durante el ciclo de Calvin se toman de aquellos producidos durante la fase ligera y una vez que se oxidan, se vuelven parte del grupo disponible para la reducción. En general, en el ciclo de Calvin somos consumidos 6 moléculas de CO2 , 6 de agua, 18 de ATP y NADPH 12 para formar 2 gliceraldehído 3-fosfato (abreviado como G3P), 18 grupos libres de fosfato , 18 ADP, 12 protones, 12 NADP + .

Las dos moléculas de gliceraldehído 3-fosfato formado durante el ciclo de Calvin se utilizan para sintetizar la glucosa, en un proceso perfectamente inversa a la glucólisis, o para la formación de lípidos tales como ácidos grasos o aminoácidos (por adición de un grupo amino en la estructura). Los productos finales de la fotosíntesis, por lo tanto, juegan un papel de importancia fundamental en los procesos del anabolismo de los organismos autótrofos.

Además de un ciclo fotosintético sintético (sólo durante el día y durante la estación de crecimiento) y glucosa polisacáridos derivados, las plantas también un ciclo oxidativo opuesto (respiración celular ) (día y noche durante todo el año) los productos fotosintéticos utilizados precisamente como alimento de las plantas mismas.

El equilibrio general de los flujos de oxígeno y CO 2sin embargo desde y hacia el entorno externo es a favor de la fotosíntesis o la planta se comporta como una 'acumulación pozo de carbono' (absorbente) en lugar de como una 'fuente' (emisor) al ambiente exterior y viceversa un carbono 'fuente' de oxígeno en lugar de un 'pozo' de oxígeno. Esto se debe a que parte del carbono absorbido y no utilizado por el ciclo oxidativo de la planta permanece fijo en forma de celulosa y ligninaen las paredes celulares de las células "muertas" que componen la madera interna de la planta. La fase de oxidación de las plantas es lo que hace que la planta sea un ser vivo como los demás. El mismo ciclo oxidativo provoca que la temperatura interna de la planta, a su vez termorregulada por procesos fisiológicos, sea generalmente diferente a la del ambiente externo.

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Última revisión: 24 de agosto de 2018

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