La fotosíntesis consiste en la
fabricación de alimentos por medio de la luz, a partir del agua, las sales
minerales y el dióxido de carbono, desprendiendo oxígeno.
La fotosíntesis tiene lugar en las
hojas. El tallo lleva a las hojas la savia bruta (agua y sales minerales) y recoge la savia elaborada (solución formada por azúcares, aminoácidos y otras sustancia ricas en nitrógeno).
Para realizar la fotosíntesis, las
plantas necesitan de la clorofila,
que es una sustancia de color verde que tienen en las hojas. Es la encargada de
absorber la luz adecuada para realizar este proceso. A su vez, la clorofila es
responsable del característico color verde de las plantas.
El proceso completo de la alimentación
de las plantas consiste básicamente en:
- Absorción: Las raíces de las plantas crecen hacia donde hay agua. Las raíces absorben el agua y los minerales de la tierra.
- Circulación: Con el agua y los minerales absorbidos por las raíces, estos llegan hasta las hojas a través del tallo.
- Fotosíntesis: Se realiza en las hojas, que se orientan hacia la luz. La clorofila de las hojas atrapa la luz del Sol. A partir de la luz del Sol y el dióxido de carbono, se transforma la savia bruta en savia elaborada, que constituye el alimento de la planta. Además la planta produce oxígeno que es expulsado por las hojas.
- Respiración: Las plantas, al igual que los animales, tomando oxígeno y expulsando dióxido de carbono. El proceso se produce sobre todo en las hojas y el los tallos verdes. La respiración la hacen tanto de día como por la noche, en la que, ante la falta de luz, las plantas realizan solamente la función de respiración.
A través de los tallos se da el transporte de sustancias de una a otra parte de la planta a través de tubos llamados vasos conductores, estos son el xilema (también llamados vasos leñosos) y el floema(llamados también vasos liberianos).
El xilema transporta la savia bruta (o savia inorgánica, por ser compuesta de nutrientes retirados del suelo por la planta, agua y sales minerales) y está localizado en la cama más interna del tallo. Transporta la savia de las raíces hasta las hojas, donde realizará la fotosíntesis. Es formado por células muertas que tienen la función de evitar la deformación causada por la presión de la savia.
El floema transporta savia elaborada (o savia orgánica, producto de la fotosíntesis, donde los nutrientes son convertidos en glucosa) y está localizada en la capa más externa del tallo. Transporta savia elaborada de las partes clorofílicas, donde sucede la fotosíntesis, hasta las partes vivas de la planta, donde la glucosa será convertida en energía. Es formada por células vivas, alargadas y sin núcleo.
Los mecanismos que ayudan al ascenso del agua son la capilaridad y la transpiración.
La
fotosíntesis hace que las plantas generen oxígeno, que es el elemento que
respiran todos los seres vivos. Además, las plantas consumen gases tóxicos,
como el dióxido de carbono.
Los organismos que tiene la capacidad de llevar a cabo la fotosíntesis son llamados fotoautótrofos y fijan el CO2 atmosférico. En la actualidad se diferencian dos tipos de procesos fotosintéticos según sea la naturaleza de la molécula que cede electrones al CO2, que son:
Los organismos que tiene la capacidad de llevar a cabo la fotosíntesis son llamados fotoautótrofos y fijan el CO2 atmosférico. En la actualidad se diferencian dos tipos de procesos fotosintéticos según sea la naturaleza de la molécula que cede electrones al CO2, que son:
La fotosíntesis
oxigénica. Es la
modalidad de fotosíntesis en la que el agua es el donante primario
de electrones y que, por lo tanto, libera oxígeno (O2)
como subproducto. Esta modalidad metabólica es propia de
las cianobacterias y de sus descendientes por endosimbiosis, los
diversos tipos de cianelas y plastos que se observan en las (algas)
eucarióticas y en las plantas.
La fotosíntesis
anoxigénica. En
esta modalidad los organismos fotoautótrofos anoxigénicos convierten
la energía de la luz en energía química necesaria para el
crecimiento; sin embargo, y al contrario que las plantas, algas
y cianobacterias, en este proceso de transformación de la energía no se
produce oxígeno (O2) y por ello se le llama fotosíntesis
anoxigénica. Otra diferencia es que los fotótrofos anoxigénicos contienen un
tipo de clorofila, bacterioclorofila, diferente a la clorofila de las
plantas.
Los orgánulos citoplasmáticos encargados de la realización de la fotosíntesis son los cloroplastos, unas estructuras polimorfas y de color verde (esta coloración es debida a la presencia del pigmento clorofila) propias de las células vegetales.
En el interior de estos orgánulos se halla una cámara que contiene un medio interno llamado estroma, que alberga diversos componentes, entre los que cabe destacar enzimas encargadas de la transformación del dióxido de carbono en materia orgánica y unos sáculos aplastados denominados tilacoides o lamelas, cuya membrana contiene pigmentos fotosintéticos. En términos medios, una célula foliar tiene entre cincuenta y sesenta cloroplastos en su interior.
ATP: Adenosín trifosfato; es un nucleótido fundamental en la obtención de energía celular. Está formado por una base nitrogenada (adenina) unida al carbono 1 de un azúcar de tipo pentosa, la ribosa, que en su carbono 5 tiene enlazados tres grupos fosfato. Se encuentra incorporada en los ácidos nucleicos. El ATP da energía.
Fase primaria o lumínica
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.
La clorofila capta la luz solar, y provoca el rompimiento de la molécula de agua (H2O), separando el hidrógeno (H) del oxígeno (O); es decir, el enlace químico que mantiene unidos al hidrógeno y al oxígeno de la molécula de agua, se rompe por efecto de la luz.
El proceso genera oxígeno gaseoso que se libera al ambiente, y la energía no utilizada es almacenada en moléculas especiales llamadas ATP. En consecuencia, cada vez que la luz esté presente, se desencadenará en la planta el proceso descrito.
Fase secundaria u oscura
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:
Los orgánulos citoplasmáticos encargados de la realización de la fotosíntesis son los cloroplastos, unas estructuras polimorfas y de color verde (esta coloración es debida a la presencia del pigmento clorofila) propias de las células vegetales.
En el interior de estos orgánulos se halla una cámara que contiene un medio interno llamado estroma, que alberga diversos componentes, entre los que cabe destacar enzimas encargadas de la transformación del dióxido de carbono en materia orgánica y unos sáculos aplastados denominados tilacoides o lamelas, cuya membrana contiene pigmentos fotosintéticos. En términos medios, una célula foliar tiene entre cincuenta y sesenta cloroplastos en su interior.
ATP: Adenosín trifosfato; es un nucleótido fundamental en la obtención de energía celular. Está formado por una base nitrogenada (adenina) unida al carbono 1 de un azúcar de tipo pentosa, la ribosa, que en su carbono 5 tiene enlazados tres grupos fosfato. Se encuentra incorporada en los ácidos nucleicos. El ATP da energía.
Fase primaria o lumínica
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.
La clorofila capta la luz solar, y provoca el rompimiento de la molécula de agua (H2O), separando el hidrógeno (H) del oxígeno (O); es decir, el enlace químico que mantiene unidos al hidrógeno y al oxígeno de la molécula de agua, se rompe por efecto de la luz.
El proceso genera oxígeno gaseoso que se libera al ambiente, y la energía no utilizada es almacenada en moléculas especiales llamadas ATP. En consecuencia, cada vez que la luz esté presente, se desencadenará en la planta el proceso descrito.
Fase secundaria u oscura
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:
- 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.
- Produce la transformación de la energía luminosa en energía química, necesaria y utilizada por los seres vivos
- En la fotosíntesis se libera oxígeno, que será utilizado 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.
- El equilibrio necesario entre seres autótrofos y heterótrofos no sería posible sin la fotosíntesis.
Mediante la
comprobación experimental, los científicos han llegado a la conclusión de que
la temperatura, la concentración de determinados gases en el
aire (tales como dióxido de carbono y oxígeno), la intensidad
luminosa y la escasez de agua son aquellos factores que intervienen
aumentando o disminuyendo el rendimiento fotosintético de un vegetal.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
La respiración en las plantas
Como los demás seres vivos, las plantas necesitan energía para realizar sus actividades y al igual que ellos, también obtienen dicha energía mediante la respiración.
En la respiración, el oxígeno absorbido se combina con la materia orgánica de la planta, produciéndose dióxido de carbono y energía.
Durante el día, las plantas respiran sin tomar oxígeno del exterior, porque utilizan una parte del que se produce durante la fotosíntesis.
Por la noche, como no se libera oxígeno en la fotosíntesis, las plantas necesitan tomar oxígeno del aire.
