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Hojas del árbol de ginkgo biloba
Hojas del árbol de ginkgo biloba

En plantas y determinadas bacterias, proceso de fabricación de materia orgánica a partir del dióxido de carbono de la atmósfera y (caso principal) del agua, utilizando la luz solar como fuente de energía y produciendo la liberación de oxígeno. [Synonyme vieilli : assimilation chlorophyllienne.]

1. Principio

Fotosíntesis, que literalmente significa «síntesis [de matière organique] por la luz ”, corresponde a la captura de la energía luminosa proveniente del Sol, y su almacenamiento en forma de materia orgánica (carbohidratos en particular). Al hacerlo, las plantas fotosintéticas y las bacterias producir sus propios componentes a partir de la energía solar (se dice que son autótrofos).

La fotosíntesis de plantas y cianobacterias consume agua (H2O), dióxido de carbono (CO2) y produce oxígeno (O2) – los experimentos de etiquetado radiactivo han demostrado que este oxígeno proviene del agua y no del CO2 absorbido. Al hacerlo, ella enriquece elatmósfera en oxigeno. Consumido por los seres vivos (respiración), este oxígeno atmosférico se renueva constantemente por la actividad de todos los organismos fotosintéticos; si no hubiera más fotosíntesis en la Tierra, su reserva eventualmente se agotaría. Caso especial, la fotosíntesis de bacterias violetas y bacterias verdes no libera oxígeno, sino otros subproductos (principalmente azufre [S]).

La energía necesaria para la fotosíntesis la proporciona la radiación solar. Por tanto, la luz es un factor decisivo en el proceso (razón por la cual, por ejemplo, una planta de interior colocada en una habitación oscura se seca rápidamente). La intensidad de luz óptima es diferente de una planta o especie bacteriana a otra. Las distintas radiaciones que componen la luz blanca tienen una acción específica: las radiaciones roja (600 nm) e índigo (400-450 nm), absorbidas por la clorofila, son las más eficaces; los verdes no tienen ningún efecto.

2. Ubicación

En plantas y algas, la fotosíntesis tiene lugar a nivel de las partes verdes, y especialmente de las hojas: sus células contienen efectivamente pequeñas fábricas fotosintéticas, los cloroplastos, que contienen a su vez clorofila, un pigmento de color verde que permite la captación de energía luminosa. En las plantas que no son de color verde, por ejemplo, plantas con hojas moradas, el proceso y la ubicación son los mismos: simplemente, la clorofila está enmascarada por pigmentos de otros colores.

En las bacterias (especialmente cianobacterias abundantes, pero también bacterias verdes y bacterias violetas), que carecen de orgánulos, la fotosíntesis tiene lugar en el citoplasma, en invaginaciones de la membrana celular o corpúsculos (llamados clorosomas), que contienen bacterioclorofilas.

En plantas y cianobacterias, los pigmentos fotosintéticos se agrupan en fotosistemas : estos se componen de un antena colectora fotones (compuestos de clorofila b, carotenoides y proteínas), y un centro de reacción (compuesto por dos moléculas de clorofila a), que tiene la función de transferir electrones a una cadena de aceptores de electrones. Se han identificado dos fotosistemas distintos: el fotosistema I y el fotosistema II (numerados en el orden de su descubrimiento).

3. Las fases de la fotosíntesis

La fotosíntesis tiene lugar en dos fases distintas: una fase dependiente de la luz (fase fotoquímica o fase luminosa), durante la cual la energía solar es captada por la clorofila, seguida de una fase independiente de la luz (fase no fotoquímica u fase oscura, mucho más larga, donde esta energía se utiliza para realizar síntesis químicas.

3.1. La fase fotoquímica

En las plantas, el fase fotoquímica, también conocida como fase clara o fase luminosa (aunque estas expresiones ahora son abandonadas por los científicos) ocurre en los pliegues de la membrana del cloroplasto, llamados tilacoides.

Durante esta fase, el fotosistema I (PS I), golpeado por fotones de la luz solar, expulsa electrones. Estos se transfieren a una cadena de transportadores de electrones, al final de los cuales sirven para reducir el NADP.+ en NADPH + H+ (→ nicotinamida).

Los fotones también golpean el fotosistema II (PS II), que también libera electrones. Estos se transfieren a una cadena de transferencia de electrones y luego a un complejo llamado citocromo. Esta última transferencia desencadena el paso de iones H+ en el estroma del cloroplasto (el medio acuoso dentro del cloroplasto); este pasaje permite que una enzima, ATP sintetasa, produzca moléculas de ATP (trifosfato de adenosina); el ATP es la molécula de almacenamiento de energía universal en los seres vivos. Desde el citocromo, los electrones pasan por el PS I, para compensar la pérdida de electrones sufrida como consecuencia de la acción de los fotones. Los fotones también causan la destrucción de moléculas de agua (esta es la fotólisis de agua). Esta reacción (H2O → 2H+ + ½ O2 + 2do) produce protones que unirán el estroma del cloroplasto y electrones que llenarán el hueco electrónico del PS II; también es esta reacción la que libera oxígeno (vemos así que el oxígeno es un subproducto, un desperdicio del mecanismo de fotosíntesis).

3.2. La fase no fotoquímica

los fase no fotoquímica, antes llamada fase oscura o fase oscura, tiene lugar en el estroma del cloroplasto y no requiere luz. Corresponde a la síntesis de materia orgánica; ella consume CO2 y libera agua. ATP y NADPH + H+ producidos por la fase fotoquímica se utilizan para transformar CO2 en carbohidratos, durante una serie de reacciones bioquímicas llamadas ciclo de Calvin. Esto comienza con la unión del dióxido de carbono a un compuesto llamado RuDP (ribulosa-1,5-difosfato), gracias a una enzima, el rubisco (ribulosa-1,5 bisfosfato carboxilasa / oxigenasa) – actor principal en la transformación del CO2 en compuestos orgánicos, Rubisco es la proteína más abundante en la Tierra.

El ciclo de Calvin produce una triosa (un azúcar en C3), gliceraldehído-3-fosfato (para un consumo de 3 CO2, 9 ATP y 6 NAPH + H+). Las triosas luego se combinan para formar otros azúcares, como la glucosa (azúcar en C6 o hexosa).

Aproximadamente quince segundos después de la absorción de CO2 aparecen los primeros azúcares. La sacarosa y el almidón se forman a partir de ciertas hexosas. Además de los carbohidratos, la fotosíntesis también puede generar lípidos y proteínas al unirse con una molécula de nitrógeno.

Este ciclo existe en algas, plantas de regiones templadas y todos los árboles; estas plantas se llaman «plantas en VS3 Porque el ciclo produce una triosa.

4. Adaptaciones especiales

4.1. Plantas en C4

En las gramíneas tropicales (maíz, mijo, sorgo, caña de azúcar, varias plantas de la familia Amarantaceae), en 1966 se descubrió otro mecanismo, denominado «fotosíntesis en VS4 «. Se trata de una fotosíntesis de dos pasos que tiene lugar en dos lugares distintos de las hojas: el primer paso en los cloroplastos de las células del mesófilo (la «capa central» de la hoja), el segundo en los de la vaina foliar. rodean los vasos conductores de la savia (vaina perivascular). En el mesófilo, la unión de carbono conduce a un compuesto en C4 (malato o aspartato). Esto luego se transporta a la vaina perivascular donde se descompone nuevamente en CO2. Este CO2 luego se incorpora al ciclo clásico de Calvin, que da como resultado la producción de glucosa y almidón. Este mecanismo funciona mejor cuando la luz es más brillante y la temperatura ronda los 40-50 ° C.

Plantas en C4 tienen un rendimiento fotosintético mucho mayor que el de las plantas en C3.

Como la síntesis de carbohidratos tiene lugar alrededor de los vasos conductores, la migración de los productos sintetizados también es más rápida. Fotorrespiración (fijación de O2 en lugar de CO2 en el Rubisco del ciclo de Calvin, mecanismo que disminuye el rendimiento de la fotosíntesis) es muy débil. Mientras que las plantas en VS3 necesitan de 150 a 250 g de agua para asimilar 1 g de carbono, las plantas en VS4 puede satisfacerse con 50 a 100 g.

4.2. CAM (Metabolismo del ácido crasuláceo)

Ciertas plantas, generalmente suculentas y algunos helechos, arreglalo CO2durante la noche para formar ácido málico. Este ácido se degrada durante el día. y se libera de CO2 que, como antes, se introduce en el ciclo de síntesis (ciclo de Calvin) utilizando la energía captada por los cloroplastos en la luz. Las plantas CAM pueden, por lo tanto, sustentar la vida en ambientes áridos y cálidos: sus estomas se cierran durante el día para limitar la transpiración y se abren por la noche para permitir la CO2, realizándose los resúmenes al día siguiente.

5. Revisión de la fotosíntesis

La ecuación de equilibrio para la fotosíntesis en plantas y cianobacterias (en la que el agua es el donante de electrones) es la siguiente:

6 CO2 + 12 H2O + luz → C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O

6. Importancia de la fotosíntesis

De la luz recibida por una hoja, el 20% se refleja, el 10% se transmite y el 70% se absorbe eficazmente, de los cuales el 20% se disipa en calor y el 48% se pierde en fluorescencia. Aproximadamente el 2% permanece utilizado para la fotosíntesis.

Gracias a la fotosíntesis, las plantas juegan un papel insustituible en la superficie del Tierra ; de hecho, las plantas verdes son, con algunos grupos de bacterias, los únicos seres vivos capaces de producir sustancias orgánicas a partir de elementos minerales. Se estima que cada año las plantas terrestres fijan 20 mil millones de toneladas de carbono a partir del dióxido de carbono de la atmósfera y 15 mil millones de las algas.

Las plantas verdes son los productores primarios esenciales, el primer eslabón de la cadena trófica (→ cadena alimentaria); Las plantas no clorofílicas y los animales herbívoros y carnívoros (incluidos los humanos) dependen por completo de la fotosíntesis.

Para obtener más información, consulte los artículos. metabolismo, ecología.

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