¿Que es fotosíntesis? La fotosíntesis es un proceso que se desarrolla en dos etapas: Reacciones lumínicas Es un proceso dependiente de la luz (etapa clara), requiere de energía de la luz para fabricar ATP y moléculas portadoras de energía NADPH reducido, a usarse en la segunda etapa. Ciclo de Calvin- Benson Es la etapa independiente de la luz (etapa oscura), los productos de la primera etapa mas CO2 son utilizados para formar los enlaces C-C de los carbohidratos. Las reacciones de la etapa oscura usualmente ocurren en la oscuridad si los transportadores de energía provenientes de la etapa clara están presentes. Evidencias recientes sugieren que la enzima más importante de la etapa oscura esta estimulada indirectamente por la luz, de ser así el termino no sería correcto denominarla "etapa oscura". La etapa clara ocurre en la grana y la oscura en el estroma de los cloroplastos.

¿Qué organismos realizan este proceso? Los organismos que en el curso de la evolución aprendieron a usar la energía solar y a transformarla en energía química son los llamados autótrofos, que están representados por bacterias y organismos del Reino Vegetal

¿Qué organelo celular la lleva a cabo y qué estructura tiene? En los eucariontes, la fotosíntesis se realiza en los cloroplastos, organelas que poseen una membrana externa y otra interna. La membrana interna rodea una solución densa, la estroma, donde se encuentran las membranas tilacoides, que tienen forma de sacos aplanados dispuestos en forma apilada. Las reacciones de la etapa lumínica ocurren en los sacos tilacoides y las que fijan el carbono, en la estroma. Los sacos tilacoides de los procariontes fotosintéticos pueden formar parte de la membrana celular, estar aislados en el citoplasma o constituir una estructura compleja de la membrana interna.

Cloroplasto

¿En qué consiste el proceso? La fotosíntesis, es un proceso de captación de energía luminosa y transformación en energía química que es utilizada en la conversión de materia inorgánica (CO2 y H2O) relativamente oxidada, en materia orgánica reducida que contiene parte de la energía Es un proceso que por sus resultados se puede considerar inverso a la respiración (sustancias orgánicas fuertemente reducidas, se transforman en sustancias inorgánicas oxidadas y se desprende energía, CO2 y H2O).

Fotosíntesis

¿Hay diferentes tipos de fotosíntesis? Existen dos tipos de fotosíntesis. La fotosíntesis anoxigénica o bacteriana en la que no se produce oxígeno y la fotosíntesis oxigénica o vegetal, en la que se desprende oxígeno y que es la más habitual. Los seres que realizan la fotosíntesis se denominan autótrofos o, más exactamente, fotoautótrofos. Fotosíntesis vegetal Las plantas toman dióxido de carbono del aire y agua del suelo y, con la energía del sol, sintetizan glucosa, un hidrato de carbono rico en energía (E), y liberan oxígeno. Este proceso tiene lugar en las hojas gracias a la clorofila, un pigmento contenido en los cloroplastos, unos orgánulos propios de las células vegetales. Fotosíntesis bacteriana En la fotosíntesis anoxigénica o bacteriana los organismos que la realizan no utilizan el agua como elemento dador de electrones, por lo que no existe producción de oxígeno. Existen tres tipos de organismos que realizan esta fotosíntesis: las sulfobacterias purpúreas y las sulfobacterias verdes, las cuales emplean sulfuro de hidrógeno, y las bacterias verdes que utilizan materia orgánica como sustancia donadora de electrones (por ejemplo, el ácido láctico).

Fotosíntesis vegetal

¿Para qué se utiliza la molécula de agua? La función del agua en fotosíntesis es suministrar electrones para las reacciones químicas.

¿De dónde se obtiene el carbono que constituye a las moléculas que se producen? Las Plantas incorporan el anhídrido carbónico de la atmósfera y de los océanos al transformarlo en compuestos orgánicos, convirtiendo la energía de la luz en enlaces C-C. Las Plantas también producen anhídrido carbónico por su respiración. Los animales producen anhídrido carbónico derivado de la utilización de los hidratos de carbono y otros productos producidos por las plantas. En el balance entre el consumo de anhídrido carbónico que realizan las plantas y la producción del mismo por los animales intervine como "buffer" la formación de carbonatos en los océanos, que remueve el exceso de anhídrido carbónico del aire y del agua (ambos intervienen en el equilibrio del anhídrido carbónico). Los combustibles fósiles, como el petróleo y el carbón, como así también la madera generan anhídrido carbónico al ser utilizados. La actividad humana incrementa en grandes proporciones la concentración de anhídrido carbónico en el aire. Dado que este, a diferencia de otros compuestos de la atmósfera absorbe el calor reflejado desde la Tierra, incrementa la temperatura global y produce lo que ha dado llamarse "efecto invernadero".

Ciclo del carbono

¿Cuáles son los productos iniciales y finales? En la fotosíntesis las sustancias inorgánicas simples (CO2 , H2O y, por extensión, nitratos y sulfatos) se combinan para formar compuestos orgánicos simples. Utilizando para ello la energía de la luz. La primera molécula orgánica que se forma en la fotosíntesis, a partir del ciclo de Calvin, es el: Gliceraldehído 3-fosfato. Luego, esta molécula será la precursora de diferentes tipos de moléculas orgánicas, algunas de las cuales únicamente tendrán C, H y O, mientras que otras tendrán además N o S orgánico. Molécula de glucosa Que se suele considerar como el producto final de la fotosíntesis.

¿Para qué y cómo se utiliza la luz? Cuando un fotón incide sobre la molécula de clorofila, se lleva a cabo una absorción de energía, provocando cambios sobre la molécula. Se dice entonces que la molécula de clorofila se ha elevado a un estado excitado, ya que los electrones de orbitas interna san pasado a otros orbitales mas externos. Solo las longitudes de onda que son absorbidas por la clorofila provocan que los electrones sean disparados a otros niveles energéticos. El electrón que ha sido disparado a otros niveles pude encontrarse con otras moléculas y, en consecuencia, llevarse a cabo una serie de reacciones de oxidación y reducción, provocando pérdidas y ganancias de electrones en cadena. El electrón que ha sido disparado a otros orbitales participa en la transformación química de diferentes compuestos.

La luz es vital para la fotosintesis

¿Cómo se produce el oxígeno? De acuerdo con la formula de la fotosíntesis: H2O+CO2+luz------>C6H12O6+O2 El dióxido de carbono (CO2 ) es absorbido por los estamos de las hojas, y junto con el agua (H2O), que es absorbida por las raíces, llegan a los cloroplastos, donde con ayuda de la energía de la luz se produce la glucosa (C6 H12 O6).

Ciclo del oxigeno

¿Qué diferencia existe entre la fotosíntesis que realiza un nopal y el maíz?   La fotosíntesis del nopal es CAM("Crassulacean acid metabolism", metabolismo de plantas crasulaceas) la cuales se caracteriza por presentar carboxilaciones separadas en el tiempo, es decir absorben el CO2 durante la noche y realizan fotosíntesis durante el día. La fotosíntesis del maíz es C4 en la cual se usan inicialmente la enzima PEP carboxilasa (fosfoenolpiruvato carboxilasa) que convierte el fosfoenolpiruvato (compuesto de 3 Carbonos, 3C) en oxalacetato (compuesto de 4 Carbonos, 4C) a partir del bicarbonato que se forma por reacción del CO2 con el agua y, facilitado por la presencia de la enzima anhidrasa carbónica que cataliza esta reacción.

CAM C4

¿Por qué algunas plantas como el tilo americano, el chícharo o las habas no crecen bien en climas áridos? Porque su tipo de fotosíntesis es C3 la cual requiere gran cantidad de agua ( comparada con la C4 y CAM) aparte de tener mal rendimiento con iluminación intensa y temperaturas elevadas.

Fotosíntesis C3

¿Cuáles son los factores que influyen en la fotosíntesis? Se ha podido comprobar experimentalmente que en el rendimiento de la fotosíntesis influyen los siguientes factores: Concentración de CO2. Si la intensidad luminosa es elevada y constante, el proceso fotosintético aumenta en relación directa con la concentración de CO2 en el aire, hasta llegar a un cierto límite, en el cual se estabiliza. Concentración de O2. Cuanto mayor es la concentración de oxígeno en el aire, menor es el rendimiento fotosintético, debido a los procesos de fotorrespiración. Escasez de agua. La escasez de agua en el suelo y de vapor de agua en el aire disminuye el rendimiento fotosintético. Así, ante la falta de agua se cierran los estomas para evitar la desecación, y la entrada de CO2 es menor. Tiempo de iluminación. Hay especies en las que, a más horas de luz, mayor rendimiento fotosintético. Otras, en cambio, precisan de períodos nocturnos.

Temperatura. Cada especie está adaptada a vivir dentro de un intervalo de temperaturas. Dentro de ese intervalo, a mayor temperatura, mayor eficacia de las enzimas y, por tanto, mayor rendimiento fotosintético. Si se sobrepasan los límites de temperatura, se producen alteraciones enzimáticas y el rendimiento disminuye. Si se llega a producir la desnaturalización de las proteínas, sobreviene la muerte de la planta. Intensidad luminosa. Cada especie está adaptada a vivir dentro de un intervalo de intensidad de luz. Hay especies de penumbra y especies fotófilas. Dentro de cada intervalo, a mayor iluminación, mayor rendimiento, hasta superar ciertos límites, en los que se produce la fotooxidación irreversible de los pigmentos fotosintéticos. Color de la luz. La clorofila a y la clorofila b absorben energía lumínica en la región azul y roja del espectro; los carotenos y xantofilas, en la azul; las ficocianinas, en la naranja; y las ficoeritrinas, en la verde. Todos estos pigmentos pasan la energía a las moléculas diana. La luz monocromática menos aprovechable en los organismos que carecen de ficocianinas y ficoeritrinas es la luz verde. En las cianofíceas, que sí las poseen, la luz roja estimula la síntesis de ficocianina, y la luz verde, la de ficoeritrina.

¿Qué ocurre con la fotosíntesis durante el Otoño? Durante el otoño la cantida de clorofila es menor. Esto ocurre como respuesta a una disminución de las horas de luz y de la temperatura. En ese momento las plantas presentan las tonalidades rojizas y ocres, caracteristicas de los pigmentos distintos a la clorofila: carotenos (color naranja) y xantofilas (color amarillo). Durante el otoño e invierno, cuando el árbol carece de hojas, entra en una etapa de letargo, consumiendo sus reservas hidratocarbonadas en el proceso de la respiración, hasta la espera de la aparición de nuevas hojas.

Las hojas pierden clorofila durante el otoño

¿Cuál es la importancia del proceso para el mantenimiento de la vida en el planeta? La importancia biológica del proceso estriba: Es fuente primaria de materia orgánica para el resto de los seres vivos. Es fuente de energía Se desprende oxígeno que es utilizado en la respiración aerobia (forma más eficaz de obtener energía). Se completa el ciclo de la materia.

Ciclo de la materia

¿Qué factores ambientales pueden alterar el proceso fotosintético? Los principales factores del medio que afectan fotosíntesis son los sustratos de este proceso: Luz, CO2 y agua, pero también juegan un papel importante la temperatura, los nutrientes y otros. LUZ La luz es energía, pero no toda la luz tiene la energía requerida para estimular a los pigmentos fotosintéticos. Sólo la radiación cuya longitud de onda oscila entre 400 y 700 nm tiene el nivel de energía para estimular a la clorofila, por esta razón, la radiación en este rango se denomina Radiación Fotosintéticamente Activa (RFA). La RFA se mide como “densidad de flujo de fotones fotosintéticamente activos”, que representan el número de fotones ó quanta que impacta una superficie por unidad de tiempo; la unidad de medida es el mEm-2s-1 ó mMol m-2s-1 que se lee “microEinsteins por metro cuadrado por segundo”, donde un einstein es igual a un mol de fotones: 6.023x1023 De este modo, si en un campo la RFA es de 1,200 mEm-2s-1, significa que en cada metro cuadrado, durante cada segundo se reciben 1,200 micromoles de fotones. Cada fotón estimula a una molécula de clorofila. CO2. La baja concentración atmosférica de CO2 (0.003%) es un factor limitante para fotosíntesis, debido a que el CO2 y el O2 compiten entre si en las reacciones donde interviene la RubisCO, y este gas tiene una concentración atmosférica mayor (16%). Además, para entrar al entorno del cloroplasto, el CO2 atmosférico debe vencer una serie de resistencias. Esta es la razón por la cual, el enriquecimiento de CO2 (o fertilización con CO2) que se aplica en condiciones de invernadero, elevan la productividad de los cultivos.

CO2 Luz

AGUA El principal efecto del nivel de humedad en la fotosíntesis es indirecto. Un déficit de humedad provoca el cierre de los estomas lo que reduce significativamente la entrada de CO2, y aumenta la temperatura interna, afectando a las enzimas requeridas en el proceso fotosintético. Por otro lado, la deshidratación de tejidos afecta también el transporte, lo que disminuye la fuerza de los sitios de demanda. TEMPERATURA. Las altas temperaturas afectan la actividad enzimática; además provoca cierre de estomas, disminuyendo el suministro de CO2. Por otro lado, la temperatura óptima para respiración es mayor que para fotosíntesis, por lo tanto durante periodos prolongados afecta rendimiento.

Agua Temperatura