Clase de CTA para Cuarto año de Secundaria. Bajar, imprimir y pegar en su cuaderno.
LA FOTOSÍNTESIS
La fotosíntesis es un proceso en virtud del cual los organismos
con clorofila, como las plantas verdes, las algas y algunas bacterias,
capturan energía en forma de luz y la transforman en energía química.
Prácticamente toda la energía que consume la vida de la biósfera
terrestre —la zona del planeta en la cual hay vida— procede de la
fotosíntesis.
Cuatro factores condicionan la realización de la Fotosíntesis:
Luz, agua, CO2 y Clorofila.
La Clorofila
Las clorofilas son una familia de pigmentos de color verde que se encuentran en
las cianobacterias y en todos aquellos
organismos que contienen cloroplastos en sus células, lo que incluye a las plantas y a los diversos grupos de protistas que son llamados algas. La clorofila es una biomolécula extremadamente importante, crítica en
la fotosíntesis, proceso que permite a las plantas absorber energía a partir de
la luz.
La estructura de la moléculas de clorofila tiene dos partes:
un anillo de porfirina
(sustituida con pequeños grupos enlazados, sustituyentes) y una cadena larga
llamada fitol. es un tetrapirrol, con
cuatro anillos pentagonales de pirrol enlazados para formar un anillo mayor que es
la porfirina. La hemoglobina de la sangre y otras proteínas contienen también
una porfirina, que en ese otro caso constituye lo principal de un grupo 'hemo'; y también se
encuentra porfirina en la estructura de la vitamina B12. El grupo hemo contiene
un átomo de hierro (Fe); la porfirina de la clorofila lleva en lugar
equivalente un átomo de magnesio (Mg2+). La absorción de determinados picos del
espectro de radiación (ver gráfica más abajo) es una propiedad de aquellas
moléculas orgánicas que contienen dobles enlaces conjugados (dobles enlaces
alternando con enlaces simples); puede verse en las fórmulas desarrolladas
contiguas que el anillo porfirínico es rico en tales enlaces.
El fitilo (o resto de fitol; llamamos resto o residuo a la parte de
una molécula incorporada a la estructura de otra mayor) es una cadena
hidrocarbonada con restos de metilo (-CH3) a lo largo. Tiene, como todas las
cadenas orgánicas basadas sólo en C e H, un carácter “hidrófobo”; es decir, que
repele al agua. La cadena del fitilo sirve para anclar la molécula de clorofila
en la estructura anfipática de los
complejos moleculares en que residen las clorofilas
La fotosíntesis se realiza en dos etapas: una serie de reacciones que
dependen de la luz y son independientes de la temperatura, y otra serie que
dependen de la temperatura y son independientes de la luz.
La velocidad de la primera etapa, llamada reacción lumínica,
aumenta con la intensidad luminosa (dentro de ciertos límites), pero no con la
temperatura. En la segunda etapa, llamada reacción en la oscuridad, la
velocidad aumenta con la temperatura (dentro de ciertos límites), pero no con
la intensidad luminosa.
Fase primaria , lumínica, fotodependiente o reacción de Hill.
La fase lumínica de la fotosíntesis es una etapa en la que se producen
reacciones químicas con la ayuda de la luz solar y la clorofila.
La clorofila es un compuesto orgánico, formado por moléculas que
contienen átomos de carbono, de hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y magnesio.
Estos elementos se organizan en una estructura especial: el átomo de
magnesio se sitúa en el centro rodeado de todos los demás átomos.
Fase secundaria , oscura, fotoindependiente de fijación del CO2
o Ciclo de Calvin
La fase oscura de la fotosíntesis es una etapa en la que no se necesita
la luz, aunque también se realiza en su presencia. Ocurre en los cloroplastos y
depende directamente de los productos obtenidos en la fase lumínica.
En esta fase, el hidrógeno formado en la fase anterior se suma al
dióxido de carbono gaseoso (CO2) presente en el aire, dando como
resultado la producción de compuestos orgánicos, principalmente carbohidratos;
es decir, compuestos cuyas moléculas contienen carbono, hidrógeno y oxígeno.
Dicho proceso se desencadena gracias a una energía almacenada en
moléculas de ATP que da como resultado el carbohidrato llamado glucosa (C6HI2O6),
un tipo de compuesto similar al azúcar, y moléculas de agua como desecho.
Después de la formación de glucosa, ocurre una secuencia de otras
reacciones químicas que dan lugar a la formación de almidón y varios
carbohidratos más.
A partir de estos productos, la planta elabora lípidos y proteínas
necesarios para la formación del tejido vegetal, lo que produce el crecimiento.
Cada uno de estos procesos no requiere de la participación de luz ni de
la clorofila, y por ende se realiza durante el día y la noche. Por ejemplo, el
almidón producido se mezcla con el agua presente en las hojas y es absorbido
por unos tubitos minúsculos que existen en el tallo de la planta y, a través de
éstos, es transportado hasta la raíz donde se almacena. Este almidón es
utilizado para fabricar celulosa, el principal constituyente de la
madera.
El resultado final, y el más trascendental, es que la planta guarda en
su interior la energía que proviene del Sol. Esta condición es la razón de la
existencia del mundo vegetal porque constituye la base energética de los demás
seres vivientes.
Por una parte, las plantas son para los animales fuente de alimentación,
y, por otra, mantienen constante la cantidad necesaria de oxígeno en la
atmósfera permitiendo que los seres vivos puedan obtener así la energía
necesaria para sus actividades.
Si los químicos lograran reproducir la fotosíntesis por medios
artificiales, se abriría la posibilidad de capturar energía solar a gran
escala. En la actualidad se trabaja mucho en este tipo de investigación.
Todavía no se ha logrado sintetizar una molécula artificial que se mantenga
polarizada durante un tiempo suficiente para reaccionar de forma útil con otras
moléculas, pero las perspectivas son prometedoras.
Importancia biológica de la fotosíntesis
La fotosíntesis es seguramente el proceso bioquímico más importante de
la biósfera por varios motivos:
1. La síntesis de materia orgánica a partir de la materia
inorgánica se realiza fundamentalmente mediante la fotosíntesis; luego irá
pasando de unos seres vivos a otros mediante las cadenas tróficas, para
ser transformada en materia propia por los diferentes seres vivos.
2. Produce la transformación de la energía luminosa en energía
química, necesaria y utilizada por los seres vivos
3. En la fotosíntesis se libera oxígeno, que será utilizado en la
respiración aerobia como oxidante.
4. La fotosíntesis fue causante del cambio producido en la atmósfera
primitiva, que era anaerobia y reductora.
5. De la fotosíntesis depende también la energía almacenada en
combustibles fósiles como carbón, petróleo y gas natural.
6. El equilibrio necesario entre seres autótrofos y heterótrofos
no sería posible sin la fotosíntesis.
Se puede concluir que la diversidad de la vida existente en la Tierra
depende principalmente de la fotosíntesis.
Factores externos que influyen en el proceso
1.La temperatura: cada especie se encuentra adaptada a vivir en un
intervalo de temperaturas. Dentro de él, la eficacia del proceso oscila de tal
manera que aumenta con la temperatura, como consecuencia de un aumento en la
movilidad de las moléculas, en la fase oscura,
hasta llegar a una temperatura en la que se sobreviene la desnaturalización enzimática, y con
ello la disminución del rendimiento fotosintético[]
2.La concentración de dióxido de carbono: si la intensidad luminosa es alta y constante,
el rendimiento fotosintético
aumenta en relación directa con la concentración de dióxido de carbono en el aire, hasta alcanzar un determinado valor a partir del cual el rendimiento
se estabiliza.
3. La concentración de oxígeno: cuanto mayor es la concentración de
oxígeno en el aire, menor es el rendimiento fotosintético, debido a los
procesos de fotorrespiración.
4.La intensidad luminosa: cada
especie se encuentra adaptada a desarrollar su vida dentro de un intervalo de
intensidad de luz, por lo que existirán especies de penumbra y especies
fotófilas. Dentro de cada intervalo, a mayor intensidad luminosa, mayor
rendimiento, hasta sobrepasar ciertos límites, en los que se sobreviene la
fotooxidación irreversible de los pigmentos fotosintéticos. Para una igual
intensidad luminosa, las plantas C4 (adaptadas a climas secos y cálidos)
manifiestan un mayor rendimiento que las plantas C3, y nunca alcanzan la saturación lumínica.
5.El tiempo de iluminación:
existen especies que desenvuelven una mayor producción
fotosintética cuanto mayor sea el número de horas de luz, mientras que también
hay otras que necesitan alternar horas de iluminación con horas de oscuridad.
6.La escasez de agua: ante la
falta de agua en el terreno y de vapor de agua en el aire disminuye el rendimiento
fotosintético. Esto se debe a que la planta reacciona, ante la escasez de agua,
cerrando los estomas para evitar su desecación, dificultando de este modo la
penetración de dióxido de carbono. Además, el incremento de la concentración de
oxígeno interno desencadena la fotorrespiración. Este fenómeno explica que en
condiciones de ausencia de agua, las plantas C4 sean más eficaces que las C3.
7.El color de la luz: la
clorofila α y la clorofila β absorben la 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. Estos pigmentos traspasan la energía a las moléculas diana. La luz
monocromática menos aprovechable en los organismos que no tienen ficoeritrinas
y ficocianinas es la luz. En las cianofíceas, que si poseen estos pigmentos anteriormente
citados, la luz roja estimula la síntesis de ficocianina, mientras que la verde
favorece la síntesis de ficoeritrina. En el caso de que la longitud de onda
superase los 680 nm, no actúa el fotosistema II con la consecuente reducción
del rendimiento fotosintético al existir únicamente la fase luminosa cíclica.
