OBjETiVo

Conocer y aprender las etapas de el proceso bioquímico mas importante de la atmósfera, el único mecanismo del que dispone el mundo viviente para la producción de energía utilizable y responsable de la transformación de la energía luminosa en energía química, necesaria y utilizada por los seres vivos.

La fotosíntesis: proceso por el cual plantas verdes, algas y algunas bacterias son capaces de producir su propio alimento y además liberar oxígeno al aire que antes se encontraba en el en forma de dióxido de carbono.

Descubrir la importancia de la fotosíntesis y sus repercusiones no solo en la vida de las plantas sino en la de todos los seres vivos del planeta que dependen del oxígeno del aire para vivir.

InTrODuCcIoN

El diccionario define la fotosíntesis como la síntesis de un cuerpo químico en presencia de la luz solar, por la acción de la clorofila.

Ampliamente la fotosíntesis es uno de los procesos metabólicos que usan las células para obtener energía. Es en pocas palabras el único mecanismo del que dispone el mundo viviente para la producción de energía utilizable. Un proceso, mediante el cual los seres vivos que poseen clorofila, (como las plantas verdes, algas y algunas bacterias) y otros pigmentos, (como los carotenos y las xantofilas) captan energía luminosa procedente del sol (en forma de cuantos y fotones) y la transforman en energía química (ATP) y en compuestos reductores (NADPH), y con ellos transforman el agua y el CO2 en compuestos orgánicos reducidos (glucosa y otros), liberando oxígeno.

En la fotosíntesis podemos encontrar 2 etapas:

• FASE LUMINOSA se realiza en la tilacoide y se producen transferencias de electrones

• FASE OSCURA tiene lugar en el estroma y en ella se realiza la fijación de carbono

Todos los organismos que son capaces de realizar la fotosíntesis producen sus propio alimento, es decir, les permite obtener la materia y la energía que necesitan para desarrollar sus funciones vitales.

Una ecuación generalizada de la fotosíntesis se podría presentar así:

6CO2 + 12H20 C6H1206 + 6H20 + 6O2

Mas detallada la ecuación podríamos presentar los reactivos y a que productos dan lugar:

<< REACTIVOS >>

<< PRODUCTOS >>

EsTrUcTuRa De La HoJa

Del latín “Folia”. La hoja es un órgano de las plantas briofitas, pteridofitas y fanerógamas, generalmente plan y simétrico, que crece en los extremos de las ramas o en los tallos y que realiza principalmente las funciones de transpiración y fotosíntesis.

La hoja es la estructura principal de las plantas, esta encargada de llevar a cabo la tarea de nutrir a la planta, a través de la fotosíntesis. Se divide en:

• Estomas ... son los poros de la hoja, por medio de ellos el oxígeno que se separa del agua sale a la atmósfera. Se encargan también de la transpiración. Los estomas se abren y cierran de acuerdo a las necesidades de la planta y a las condiciones climáticas.

• Sistema Vascular ... acarrea los productos de la fotosíntesis a otras partes de la planta.

• Cámaras Aéreas ... amplios espacios por los que se realiza la absorción del bióxido de carbonos.

• Meatos Aéreos ... espacios rodeados por las células poliédricas que forman el Parenquimia o tejido conjuntivo de la planta.

• Vasos Liberolenosos ... sirven para la circulación de la savia.

• Parenquimia Empalizada ... se encuentra cerca de la Epidermis Superior y tiene una orientación vertical y están arregladas en forma compacta.

• Cutícula ... capa que cubre la Epidermis Superior.

Desde el exterior las principales partes de la hoja son:

Peciolo une la hoja al Tallo

Foliolo o Lamina

EsTrUcTuRa DeL cLoRoPLaSTo

Los cloroplastos, son órganos ovoides de color verde, de entre 4 y 6 micrómetros de diámetro, que poseen las células de las plantas autótrofas y que contienen el pigmento llamado clorofila. Son esenciales para la fotosíntesis y para la vida pues sin este proceso la atmósfera no contendría el oxígeno suficiente para mantener la vida animal. En 1954 se demostró que los cloroplastos aislados pueden realizar el proceso de la fotosíntesis completo, es decir; producir y fijar CO2.

Clorofila Sustancia proteica de composición semejante a la hemoglobina sanguínea, que presta el color verde en las plantas, y se forma bajo la influencia de la luz solar, por fotosíntesis.

Interviene descomponiendo el ácido carbónico bajo la influencia de la luz y ocasionando la formación de hidratos de carbono, principalmente el almidón.

Es en realidad una mezcla de dos pigmentos verdes y dos amarillos, cuya acción, conjugada permite a la planta aprovechar energía derivada de la luz.

Los cloroplastos tienen una estructura mas compleja que la mitocondrial, están formados por dos membranas, una externa y otra interna, y un espacio intermembranoso.

En la interna se encuentran unos pliegues membranosos laminares llamados lamelas o tilacoides, que contienen las moléculas de clorofila y la mayor parte de la maquinaria molecular que convierte la energía luminosa en energía química. Estos tilacoides forman pilas llamadas grana (en una célula existen de 40 a 80 de ellas) pero el número de tilacoides en cada grana es muy variable.

En el interior se encuentra también el estroma (líquido rico en enzimas)donde se fabrican los carbohidratos a partir del dióxido de carbono.

Los cloroplastos también contienen gránulos pequeños de almidón donde se almacenan los productos de la fotosíntesis de forma temporal.

Las dimensiones, forma y número varían ampliamente entre las células fotosintéticas. En las plantas superiores pueden ser cilíndricos y son de 2 a 5 veces más grandes que las mitocondrias. De hecho, entre los organelos definidos de las células superiores, los cloroplastos solo están superados en dimensiones por el núcleo

FaSe LuMiNoSa

Consiste en la transformación de la energía lumínica en energía química (bajo la forma de moléculas de ATP) y en la obtención de un agente reductor de alta energía (la coenzima reducida NADPH).

La primera etapa de la fotosíntesis es la absorción de luz por los pigmentos. La clorofila es el más importante de éstos, y es esencial para el proceso. Captura la luz de las regiones violeta y roja del espectro y la transforma en energía química mediante una serie de reacciones. Los distintos tipos de clorofila y otros pigmentos, llamados carotenoides y ficobilinas, absorben longitudes de onda luminosas algo distintas y transfieren la energía a la clorofila A, que termina el proceso de transformación.

Dentro de esta fase luminosa, ocurren cuatro sucesos importantes:

• Excitación Fotoquímica de la Clorofila.
  La energía luminosa altera o excita ciertos electrones de la molécula de clorofila y estos son transferidos a moléculas aceptoras de electrones. Gracias a esto, las moléculas de clorofila se oxidan.

• Fotooxidación del H2O (fotólisis).
  La molécula de agua se rompe y libera O2, electrones y protones (H+1).

• Fotoreduccón del NADP.
  Este capta los electrones desprendidos de la clorofila y los protones provenientes del agua, la cual forma NADPH (el cual es utilizado en la etapa independiente de la luz).

• Fotofosforilación del ADP.
  Formación del ATP a partir del ADP + P + Energía Liberada en el salto de electrones de la oxidación de las moléculas de clorofila.

En el interior de los tilacoides los pigmentos disponen de subunidades llamados fotosistemas, estos procesos se producen mediante la interacción de dos de ellos: el 1 y el 2.

El fotosistema 1 capta la luz, cuya longitud de onda sea menor o igual a 700nm (nanómetros). Actúan moléculas de clorofila A que absorben máximamente a 700nm y se llaman P700. 

El fotosistema 2 reacciona con moléculas de clorofila B que absorben en un máximo de 680nm y son llamados P680.

La energía luminosa es atrapada primero en el fotosistema II, y los electrones cargados de energía saltan a un receptor de electrones; el hueco que dejan es reemplazado en el fotosistema II por electrones procedentes de moléculas de agua, reacción que va acompañada de liberación de oxígeno. Los electrones energéticos recorren una cadena de transporte de electrones que los conduce al fotosistema I, y en el curso de este fenómeno se genera un trifosfato de adenosina o ATP, rico en energía. La luz absorbida por el fotosistema I pasa a continuación a su centro de reacción, y los electrones energéticos saltan a su aceptor de electrones. Otra cadena de transporte los conduce para que transfieran la energía a la coenzima nicotinamida adenina dinucleótico fosfato o NADP que, como consecuencia, se reduce a NADPH2. Los electrones perdidos por el fotosistema I son sustituidos por los enviados por la cadena de transporte de electrones del fotosistema II. La reacción en presencia de luz termina con el almacenamiento de la energía producida en forma de ATP y NADPH2.

En resumen en la fase luminosa, la luz (fotones) es absorbida por la clorofila, provocando que ésta libere electrones cargándose así positivamente. Por cada fotón de luz se libera un electrón. Simultáneamente los fotones provocan la ruptura de la molécula del agua (fotolisis) en dos subproductos: oxígeno, que se libera al medio y los protones (H+). Los electrones liberados por la clorofila activada son captados por los protones a través de unos transportadores, de manera que se forma el hidrógeno molecular (H2) que se utiliza para que la molécula de NADP (Nicotidamina adenina dinucleótido) se reduzca a NADP2. Los protones que se acumulen en el estroma pueden comportarse como <<enzimas activos>> catalizando la formación de moléculas de ATP a partir de ADP y P.

Sintetizando: en la fase luminosa de la fotosíntesis el impacto de los fotones de luz sobre la clorofila y la fotolisis del agua son el origen de un estado de desequilibrio molecular (fenómeno químico) que se reequilibra constantemente gracias al flujo de protones a través de la membrana de los tilacoides ( fenómeno físico)

FaSe OsCuRa o CiClo De CaLvIn

Luego de la fase luminosa comienza el segundo ciclo: la fase oscura.

Consiste en la transformación de dióxido de carbono en glucosa y otros carbohidratos, utilizando para ello la energía química de los productos de la fosforilación.

Se le llama fase oscura porque no importa que el sol esté irradiando luz, la planta no la utiliza de todos modos.

La reacción en la oscuridad tiene lugar en el estroma o matriz de los cloroplastos, donde la energía almacenada en forma de ATP y NADPH2 se usa para reducir el dióxido de carbono a carbono orgánico. Esta función se lleva a cabo mediante una serie de reacciones llamada ciclo de Calvin, activadas por la energía de ATP y NADPH2.

CICLO

DE

CALVIN

GLUCOSA

AMINOÁCIDOS

ÁCIDOS GRASOS

La fijación del CO2 se produce en tres fases:

Carboxilativa: El CO2 se fija a una molécula de 5C, la ribulosa 1,5 difosfato, formándose un compuesto inestable de 6C, que se divide en dos moléculas de ácido 3 fosfoglicérico conocido también con las siglas de PGA

Reductiva:El ácido 3 fosfoglicérico se reduce a gliceraldehido 3 fosfato, también conocido como PGAL ,utilizándose ATP Y NADPH.

Regenerativa/Sintética: Las moléculas de gliceraldehido 3 fosfato formadas siguen diversas rutas; de cada seis moléculas, cinco se utilizan para regenerar la ribulosa 1,5 difosfato y hacer que el ciclo de calvin pueda seguir, y una será empleada para poder sintetizar moléculas de glucosa (vía de las hexosas), ácidos grasos, amoinoácidos... etc; y en general todas las moléculas que necesita la célula.

Cada vez que se recorre el ciclo entra una molécula de dióxido de carbono, que inicialmente se combina con un azúcar de cinco carbonos llamado ribulosa 1,5-difosfato para formar dos moléculas de un compuesto de tres carbonos llamado 3-fosfoglicerato. Tres recorridos del ciclo, en cada uno de los cuales se consume una molécula de dióxido de carbono, dos de NADPH2 y tres de ATP, rinden una molécula con tres carbonos llamada gliceraldehído 3-fosfato; dos de estas moléculas se combinan para formar el azúcar de seis carbonos glucosa. En cada recorrido del ciclo, se regenera la ribulosa 1,5-difosfato.

Por tanto, el efecto neto de la fotosíntesis es la captura temporal de energía luminosa en los enlaces químicos de ATP y NADPH2 por medio de la reacción en presencia de luz, y la captura permanente de esa energía en forma de glucosa mediante la reacción en la oscuridad. En el curso de la reacción en presencia de luz se escinde la molécula de agua para obtener los electrones que transfieren la energía luminosa con la que se forman ATP y NADPH2. El dióxido de carbono se reduce en el curso de la reacción en la oscuridad para convertirse en base de la molécula de azúcar.

ImPoRTaNciA De La FoToSínTeSiS

La fotosíntesis es seguramente el proceso bioquímico más importante de la Biosfera por varios motivos:

• La vida en la Tierra está casi completamente impulsada por el sol, y prácticamente todos los organismos dependen en última instancia del alimento producido por medio de la fotosíntesis, la cual utiliza la energía solar.

• Es responsable de la producción de toda la materia orgánica que conocemos.

• Proporciona el suministro de alimentos a prácticamente todos los seres vivos, plantas, animales, protistas, hongos y bacterias

• Produce la transformación de la energía luminosa en energía química, necesaria y utilizada por los seres vivos

• En la fotosíntesis se libera oxígeno, que se usa en la respiración aerobia como oxidante.

• La fotosíntesis fue causante del cambio producido en la atmósfera primitiva, que era anaerobia y reductora.

• De la fotosíntesis depende también la energía almacenada en combustibles fósiles como carbón, petróleo y gas natural.

• Gracias a estos procesos naturales efectuados por la planta se mantiene el equilibrio de las cantidades de dióxido de carbono y oxígeno que flotan en la atmósfera.

Ya que todos los procesos dependen unos de los otros, se puede concluir que la diversidad de la vida existente en la Tierra depende principalmente de la fotosíntesis.

Hoy día, en un mundo que tiene tanta contaminación, el aporte más importante de las plantas (en este caso de la Fotosíntesis) es la purificación del aire al termino del proceso, ya que en él, la planta despide oxígeno hacia la atmósfera que antes se encontraba en la misma como dióxido de carbono, así limpiando un poco la contaminación ambiental, provocada por humo, smog, tóxicos, etc.

ConCLuSiOnEs

La fotosíntesis aunque es un proceso bioquímico a nivel celular lo que podría resultar insignificante, tiene mas repercusiones en nuestra vida de lo que podríamos imaginar. Tan solo de ella depende la calidad del aire que respiramos y gracias a ella la atmósfera primitiva se modifico permitiendo así la vida de animales, plantas y el hombre.

La energía solar capturada por el proceso de la fotosíntesis es la fuente de cerca del 90% de toda la energía empleada por el hombre para satisfacer las demandas de calor, de luz y de potencia.

En ella el impacto de los fotones de luz sobre la clorofila y la fotolisis del agua son el origen de un estado de desequilibrio molecular, que se reequilibra constantemente gracias al flujo de protones a través de la membrana de los tilacoides; esto se conoce como Fase Luminosa.

La Fase Oscura consiste en la transformación de dióxido de carbono en glucosa y otros carbohidratos, utilizando para ello la energía química de los productos de la fosforilación. Esta energía almacenada en forma de ATP y NADPH2 se usa para reducir el dióxido de carbono a carbono orgánico. Esta función se lleva a cabo mediante una serie de reacciones llamada ciclo de Calvin, activadas por la energía de ATP y NADPH2. Dando como resultado el 02 liberado a la atmósfera y glucosa que sirve de alimento para la planta.

Cada año, las plantas de nuestro planeta utilizan alrededor de 310,000 millones de toneladas de agua y 750,000 millones de toneladas de dióxido de carbono, para transformarlo en unos 510,000 millones de toneladas de materia y unos 550,000 millones de toneladas de oxígeno.

Suena ilógico que a pesar de que el oxígeno de nuestra atmósfera no se acaba gracias al trabajo de todas las plantas, algas y bacterias, los humanos “supuestamente seres racionales” seguimos talando árboles, contaminando el ambiente, con el smog de automóviles, basura en las calles, aerosoles, humo, etc. Y acabando con todo este oxígeno que es vital para nuestra vida.

BiBLiOgRaFiA

• Enciclopedia Microsoft Encarta 2000

• Enciclopedia Temática Universal TOMO 11 Rezza Editores

• Biología Conceptos y Relaciones Prentice Hall

• Internet Explorer: www.forest.ula.ve/~rubenhg/fotosintesis/

• Bioquímica. Bohinski, Ed. Addison-Wesley. 5ta. edición

• Pequeño Larousse Ilustrado 1998

6CO2

LUZ

12H2O

6O2

6H2O

C6H12O6

ES POSIBLE QUE EN UNA CÉLULA HAYA ENTRE 40 y 50 CLOROPLASTOS, Y EN CADA MILÍMETRO CUADRADO DE LA SUPERFICIE DE LA HOJA HAY 500.000 CLOROPLASTOS.

Forma estructural de la clorofila

Ribulosa

1,5 difosfato

CO2

PGAL

fosfogliceraldehido

PGA

3- fosfoglicérido

1: FIJACIÓN

3: REGENERACIÓN

2: REDUCCIÓN

ATP

ADP

NADP

NADPH

ATP

ADP

EPIDERMIS

SUPERIOR

ESTOMA

PARENQUIMIA ESPONJOSO

PARENQUIMIA EN EMPALIZADA

CAMARA AÉREA

CUTÍCULA