fotosíntesis –

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El término fotosíntesis significa síntesis por luz, siendo el proceso por el cual las plantas, algas y algunas bacterias utilizan la energía de la luz para producir materia orgánica. La fotosíntesis es el principal medio de producción de energía para los autótrofos. Este proceso generalmente utiliza dióxido de carbono (COdos) y agua (HdosO) para la producción de materia orgánica en forma de carbohidratos, que servirán de alimento para el organismo, liberando también oxígeno gaseoso (Odos) a la atmósfera en el proceso. Prácticamente todo el oxígeno que compone la atmósfera terrestre en la actualidad es el resultado de la fotosíntesis.

Entonces la ecuación general para la fotosíntesis es:

12:00dosO + 6COdos → 6Odos + C6H12O6 + 6 horasdosO

Estructura de las células fotosintéticas

En las células, la fotosíntesis ocurre en orgánulos llamados cloroplastos, que contienen pigmentos encargados de absorber la energía luminosa. El pigmento fotosintético más conocido es la clorofila, pero algunos organismos utilizan carotenoides y ficobilinas.

Estructura básica de un cloroplasto, orgánulo celular donde tiene lugar la fotosíntesis. Ilustración: Kazakova Maryia / Shutterstock (adaptado)

Las membranas internas de los cloroplastos, llamadas tilacoides, contienen complejos llamados fotosistemas. Estos fotosistemas están compuestos por pigmentos fotosintéticos junto con proteínas y moléculas transportadoras de electrones. Se dividen en fotosistema I y fotosistema II según la longitud de onda considerada óptima para la absorción.

Los dos fotosistemas funcionan de forma independiente, pero están unidos por una cadena de moléculas transportadoras de electrones. Los fotosistemas se organizan además en dos complejos: el complejo de antena y el centro de reacción. El complejo de antenas está formado por moléculas de pigmento que captan la energía luminosa y la transfieren al centro de reacción. El centro de reacción es donde la energía luminosa se convertirá en energía química.

reacciones de fotosíntesis

La fotosíntesis consiste en una serie de reacciones químicas. Estas reacciones se dividen en dos fases en la fotosíntesis: la fase clara o fotoquímica y el fase oscura o puramente quimico.

La fase de luz ocurre durante el día, ya que depende de la presencia de luz para que ocurra. Esta fase todavía se puede dividir en dos procesos: fotofosforilación y fotólisis del agua. La fase oscura, en cambio, no depende de la luz para producirse, estando compuesta por el proceso denominado ciclo de las pentosas o Ciclo de Calvin-Benson.

Reacciones del proceso de fotosíntesis. Ilustración: Designua / Shutterstock.com (adaptado)

fotofosforilación

La fotofosforilación es el proceso de producción de energía en forma de trifosfato de adenosina (ATP) a partir de la energía de la luz. La energía luminosa que incide sobre los organismos fotosintéticos provoca una excitación de electrones en una o más moléculas de clorofila del complejo antena. Las moléculas de clorofila excitadas transfieren energía, pero no el electrón, a las moléculas de clorofila vecinas en el complejo de antena, excitándolas también. Esta transferencia se produce hasta llegar al centro de reacción del fotosistema.

Cuando una molécula de clorofila en el centro de reacción recibe energía, sus electrones se excitan para alcanzar un nivel de energía más alto y se transfieren a una molécula transportadora de electrones. La fotofosforilación puede ser de dos tipos: fotofosforilación cíclica y acíclica.

fotofosforilación cíclica

LA fotofosforilación cíclica se produce en el fotosistema I, que se compone básicamente de clorofila a. Al recibir energía luminosa, un par de electrones excitados deja la clorofila como molécula. A partir de ahí, el electrón se transfiere de una sustancia a otra en una cadena de transporte de electrones. Tras su paso por esta cadena, la molécula de clorofila regresa ocupando su lugar y cerrando la fotofosforilación cíclica.

fotofosforilación acíclica

Ya estoy en eso fotofosforilación acíclica, los fotosistemas I y II trabajan juntos. En el fotosistema II, el predominante clorofila b. Durante el proceso, la clorofila a del fotosistema I que recibió la energía luminosa pierde un par de electrones excitados, siendo recogido por una molécula aceptora de electrones. Estos electrones pasan a través de una cadena de transporte de electrones, en la que el último aceptor es una molécula llamada NADP.+ (nicotinamida adenina dinucleótido fosfato), que se convierte en NADPHdos al recibir electrones.

En el fotosistema II, la clorofila b, también excitada por la luz, pierde un par de electrones. Este par cruza otra cadena de transporte de electrones que une los dos fotosistemas, llegando al fotosistema I y tomando el lugar del electrón perdido por la clorofila a. Dado que los electrones que regresan a la clorofila a no son los mismos que los perdidos por ella, sino los cedidos por la clorofila b, este paso de la fotosíntesis se denomina fotofosforilación acíclica.

Al pasar por la cadena de transporte, estos electrones liberan energía que será utilizada para llevar a cabo el paso de los protones (H+) a través de las membranas de los tilacoides, pasando del estroma del cloroplasto al tilacoides o luz. La alta concentración de H+ acumulado dentro de los tilacoides crea una presión para su salida. La forma en que estos iones encuentran su salida es a través de un complejo enzimático transmembrana llamado ATP sintetasa. Este complejo funciona como un motor molecular, que gira con el paso de H+uniendo moléculas de ADP con fosfatos (Pi) para la producción de ATP.

Tanto este ATP como NADPHdos producido al final de la cadena de transporte de electrones, desempeñará un papel en el ciclo de pentosa de fase oscura. Vale la pena recordar que la molécula de clorofila b se queda sin su par de electrones, el cual solo será reemplazado en el proceso de fotólisis del agua.

fotólisis del agua

La molécula de clorofila que perdió su electrón después de ser excitada por la energía de la luz es capaz de reemplazarlo con electrones extraídos de las moléculas de agua. Con la eliminación de sus electrones, la molécula de agua se descompone en protones (H+) y átomos de oxígeno libres (O). Los protones se liberan en la membrana tilacoide, lo que contribuye al aumento de la concentración de protones en la luz y la consiguiente generación de ATP. Los átomos de oxígeno liberados se unen inmediatamente en pares para formar moléculas de oxígeno gaseoso (Odos), que se liberan a la atmósfera. Esta ruptura provocada por la oxidación (pérdida de electrones) del agua debido a la energía luminosa se denomina fotólisis del agua.

La ecuación general para la fotólisis del agua es la siguiente:

2 horasdosO → 4e + 4 horas+ +Odos

El ciclo de las pentosas o ciclo de Calvin-Benson

En la fase oscura de la fotosíntesis se produce el ciclo de las pentosas o ciclo de Calvin-Benson. Consiste en un conjunto de reacciones que se dan de forma cíclica, siendo responsables de la producción de carbohidratos que servirán de alimento para el organismo. Este proceso realiza la fijación del carbono atmosférico, ya que utiliza moléculas de dióxido de carbono (COdos) como fuente de carbono para la producción de carbohidratos.

El ciclo consta de tres etapas:

Primera etapa del ciclo de las pentosas

El compuesto inicial del ciclo es un azúcar de cinco carbonos con un grupo fosfato llamado ribulosa-1,5-bisfosfato (RuBP). A partir de esto, se produce la incorporación de una molécula de CO2 a RuBP mediada por la enzima denominada rubisco, que da como resultado dos moléculas de tres carbonos cada una, denominadas 3-fosfatoglicerato o ácido 3-fosfoglicérico (PGA). Así, cada 6 moléculas de COdos incorporado a 6 moléculas de RuBP se producen 12 moléculas de PGA, que es la cantidad necesaria para realizar el ciclo completo y producir 1 molécula de glucosa al final de la fotosíntesis.

Segunda etapa del ciclo de las pentosas

En el segundo paso, el PGA se utiliza en la producción de un compuesto llamado gliceraldehído 3-fosfato o 3-fosfogliceraldehído (PGAL), con fórmula química C3H6O3. PGAL es el principal producto del ciclo de las pentosas y su producción incluye dos reacciones. En el primero, se fosforila PGA, recibiendo fosfato (Pi) de una molécula de ATP producida en la fotofosforilación en fase ligera. De esta forma, el PGA se convierte en una molécula con dos fosfatos denominada 1,3-bisfosfoglicerato y el ATP vuelve a la condición de ADP. A partir de esto, se produce la reducción de 1,3-bisfosfoglicerato por NADPH2, también producido por fotofosforilación. En esta reacción de reducción, al 1,3-bisfosfoglicerato se le elimina uno de sus fosfatos, generando PGAL, mientras que NADPH2 vuelve a la condición de NADP+.

Tercera etapa del ciclo de las pentosas

En el tercer paso, de las 12 moléculas de PGAL producidas, 10 se utilizan para la regeneración de las 6 moléculas de RuBP necesarias para que el ciclo se reinicie. Como se ve, el ciclo de las pentosas no forma glucosa directamente (C6H12O6), pero el carbohidrato llamado gliceraldehído 3-fosfato (PGAL). Las 2 moléculas de PGAL que no se utilizan para regenerar RuBP salen del ciclo y pueden ser transportadas al citoplasma de la célula. A partir de estas dos moléculas de PGAL se puede producir una molécula de glucosa.

Así, prescindiendo de la posterior formación de glucosa, la producción más directa de hidratos de carbono en la fotosíntesis viene representada por la siguiente fórmula:

3 COdos + 6 horasdosO → C3H6O3 + 3Odos + 3 horasdosO

El destino de los carbohidratos

Aunque comúnmente se la representa como el principal carbohidrato producido en la fotosíntesis, la glucosa libre se genera en bajas cantidades en las células fotosintéticas. De hecho, la mayoría de las moléculas de PGAL que abandonan el citoplasma forman el azúcar sacarosa, compuesto por una molécula de glucosa y una de fructosa.

Parte de los hidratos de carbono procedentes de la fotosíntesis son utilizados por las mitocondrias en la respiración celular, produciendo energía para que el organismo lleve a cabo sus funciones vitales. Otra parte puede pasar a formar parte de la biomasa del organismo fotosintetizador mediante la producción de diversas sustancias orgánicas como aminoácidos, grasas y celulosa. La glucosa aún puede convertirse en almidón y almacenarse en células especiales en el tallo y la raíz, lo que constituye una reserva de energía para el cuerpo.

Cuervo, PH; Evert, RF; Eichorn, SE 2007. Biología vegetal. 7ª ed. Editorial Guanabara Koogan: Río de Janeiro, 830 p.

osíntesis:

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.]

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).

Principio de la fotosíntesis

Principio de la fotosíntesis

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]).

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