Introducción La fotosíntesis es un proceso
anabólico.
Las plantas realizan fotosíntesis cuando hay suficiente
luz, de lo contrario consumen oxígeno del exterior
llevando a cabo respiración celular. La
fotosíntesis ocurre en los cloroplastos, mientras la
respiración celular ocurre en la mitocondria.
Reacción de fotosíntesis
La naturaleza de la Luz La luz blanca se descompone en diferentes
colores (color = longitud de onda) cuando pasa por un prisma. La
longitud de onda se define como la distancia de pico a pico (o de
valle a valle). La energía es inversamente proporcional a
la longitud de onda: longitudes de onda larga tienen menor
energía que las cortas.
La distribución de los colores en el espectro esta
determinado por la longitud de onda de cada uno de ellos. La luz
visible es una pequeña parte del espectro
electromagnético. Cuanto más larga la longitud de
onda de la luz visible tanto más rojo el color. Asimismo
las longitudes de onda corta están en la zona violeta del
espectro. Las longitudes de onda mas largas que las del rojo se
denominan infrarrojas, y aquellas mas cortas que el violeta,
ultravioletas.
La luz tiene una naturaleza dual: se comporta como onda y
partícula. El efecto fotoeléctrico demuestra el
comportamiento de la luz como partícula. Albert Einstein
desarrolló en 1905 la teoría de que la luz estaba
compuesta de unas partículas denominadas fotones, cuya
energía era inversamente proporcional a la longitud de
onda de la luz. La Luz por lo tanto tiene propiedades explicables
tanto por el modelo ondulatorio como por el corpuscular.
Fotosistemas Los fotosistemas son los conjuntos de
moléculas de clorofila y otros pigmentos empaquetados en
los tilacoides. En el "corazón" del fotosistema se
encuentra la clorofila que absorbe la luz para convertirse en una
forma "activada". La energía contenida en esta clorofila
activada se utiliza para hacer funcionar la maquinaria
química de la cual depende gran parte de la vida.
Clorofila y Pigmentos accesorios
La clorofila es el pigmento verde común a todas las
células fotosintéticas, absorbe todas las
longitudes de onda del espectro visible, excepto las de la
percepción global del verde, detectado por nuestros
ojos.
La clorofila es una molécula compleja que posee un
átomo de magnesio en el centro, mantenido por un anillo de
porfirinas. Los pigmentos accesorios que incluyen a la clorofila
b (también c, d, y e en algas y protistas) y los
carotenoides, como el beta caroteno y las xantofilas (carotenoide
de color amarillo), absorben la energía no absorbida por
la clorofila. Molecular model of chlorophyll. The above image is
from http://www.nyu.edu:80/pages/mathmol/library/photo.
Cromoplasto.
ESTRUCTURA DEL CLOROPLASTO
El tilacoide es la unidad estructural de la fotosíntesis.
Procariontes y eucariontes poseen estos sacos/vesículas
aplanados en cuyo interior se encuentran los productos
químicos que intervienen en la fotosíntesis. Solo
los eucariotas poseen cloroplastos (ver el siguiente esquema) con
una membrana que los rodea. Modificada de:
http://www.whfreeman.com/life/update/.
¿Recuerdas como está compuesto el clorplasto?
Los pigmentos presentes en los tilacoides de los cloroplastos se
encuentran organizados en fotosistemas
Fotosíntesis Sub Etapas
Etapas de la fotosíntesis La fotosíntesis es un
proceso que se desarrolla en dos etapas:1A. es un proceso
dependiente de la luz (etapa clara), requiere de energía
de la luz para fabricar moléculas portadoras de
energía a usarse en la segunda etapa.
2A. En la etapa independiente de la luz (etapa oscura) los
productos de la primera etapa 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. La etapa clara ocurre en la grana y la oscura en el
estroma de los cloroplastos
Fase Luminosa En la etapa clara la luz que "golpea" a la
clorofila excita a un electrón a un nivel
energético superior. En una serie de reacciones la
energía se convierte (a lo largo de un proceso de
Transporte de electrones) en ATP y NADPH. El agua se descompone
en el proceso liberando oxígeno como producto secundario
de la reacción. El ATP y el NADPH se utilizan para
fabricar los enlaces C-C en la etapa oscura.
Mientras la luz llega a los fotosistemas, se mantiene un flujo de
electrones desde el agua al fotosistema II, de éste al
fotosistema I, hasta llegar el NADP+ que los recoge; ésta
pequeña corriente eléctrica es la que mantiene el
ciclo de la vida.
Transporte de electrones El flujo cíclico de electrones
tiene lugar en algunos eucariotes y bacterias
fotosintéticas primitivas. No se produce NADPH , sino ATP
solamente. Esto puede ocurrir cuando las células pueden
requerir un suministro de ATP adicional, o cuando no se encuentre
presente NADP+ para ser reducido a NADPH. En el fotosistema II,
el bombeo de iones H+ dentro del tilacoide crea un gradiente
electroquímico que culmina con la síntesis de ATP a
partir de ADP +Pi.
Las reacciones de luz ocurren en los tilacoides. Se absorbe luz
solar y se convierte en energía química. El agua se
fotodescompone liberando oxígeno O2 y se sintetizan ATP y
NADPH2 .
Fase Oscura En esta fase el anhídrido carbónico de
la atmósfera (o del agua en los organismos
acuáticos) es capturado y modificado por la adición
de hidrógeno para formar carbohidratos. La
transformación del anhídrido carbónico en un
compuesto orgánico se conoce como fijación del
Carbono. La energía para ello proviene de la primera fase
de la fotosíntesis. Los sistemas vivientes no pueden
utilizar directamente la energía de la luz, pero pueden a
través de una complicada serie de reacciones, convertirla
en enlaces C-C y, esta energía puede ser luego liberada
por la glicólisis y otros procesos
metabólicos.
Fase no lumínica : Las reacciones de oscuridad ocurren en
el estroma. El CO2 es transformado en carbohidratos usando el ATP
y el NADPH2 de los tilacoides.
El Ciclo de calvin (o de los tres carbonos) se desarrolla en
estroma de los cloroplastos. El anhídrido carbónico
es fijado en la molécula ribulosa 1,5 bifosfato (RuBP). La
RuBP tiene 5 carbonos en su molécula. Seis
moléculas de anhídrido carbónico entran en
el Ciclo de Calvin y, eventualmente, producen una molécula
de glucosa.
La energía de la luz causa la eliminación de un
electrón de una molécula de P680 que es parte del
Fotosistema II, el electrón es transferido a una
molécula aceptora (aceptor primario), y pasa luego cuesta
abajo al Fotosistema I a través de una cadena
transportadora de electrones. La P680 requiere un electrón
que es tomado del agua rompiéndola en iones H+ y iones
O-2. Estos iones O-2 se combinan para formar O2 que se libera a
la atmósfera.
Fosforilación Es el proceso de conversión de la
energía del electrón excitado por la luz, en un
enlace pirofosfato de una molécula de ADP. Esto ocurre
cuando los electrones del agua son excitados por la luz en
presencia de P680. La transferencia de energía es similar
al transporte quimiosmótico de electrones que ocurre en la
mitocondria.
La luz actúa sobre la molécula de P700 del
Fotosistema I, produciendo que un electrón sea elevado a
un potencial mas alto. Este electrón es aceptado por un
aceptor primario (diferente del asociado al Fotosistema
II).
Reacciones en el fotosistema I
El electrón pasa nuevamente por una serie de reacciones
redox, y finalmente se combina con NADP+ e H+ para formar NADPH,
un portador de H necesario en la fase independiente de la luz.
Electrón del fotosistema II reemplaza al electrón
excitado de la molécula P700.Existe por lo tanto un
continuo flujo de electrones desde el agua al NADPH, el cual es
usado para la fijación del carbono.
El flujo cíclico de electrones ocurre en algunos
eucariotas y en bacterias fotosintéticas. No se produce
NADPH, solo ATP. Esto también ocurre cuando la
célula requiere ATP adicional, o cuando no hay NADP+ para
reducirlo a NADPH. En el Fotosistema II, el "bombeo" de iones H
dentro de los tilacoides y la conversión de ADP + P en ATP
es motorizado por un gradiente de electrones establecido en la
membrana tilacoidea.
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 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. La
fosforilación del Co2 se lleva a cabo en tres
etapas:
En el ciclo para fijar el CO2, intervienen una serie de enzimas,
y la más conocida es la enzima Rubisco (ribulosa 1,5
difosfato carboxilasa/oxidasa), que puede actuar como carboxilasa
o como oxidasa, según la concentración de
CO2.
Enlaces | Contenidos Nutrición vegetal,
http://www.ediho.es/horticom/tem_aut/nutric.html
Dificultades
http://platea.pntic.mec.es/~cpalacio/DIFICULTADES.html
Fotosíntesis
http://www.arrakis.es/~lluengo/fotosintesis.html
http://www.eduvinet.de/mallig/bio/Repetito/Bfotsys.html
http://www.fortunecity.com/victorian/rodin/667/biologia/importan.html
Libro de Botánica On line en Español – Facultad de
Ciencias Forestales y Ambientales – Universidad de Los Andes
http://www.forest.ula.ve/~rubenhg EL
BOSQUE, UN COMPLEJO ECOSISTEMA El ecosistema forestal. Los
beneficios del Bosque. El Árbol, el socio ideal.
Fotosíntesis: La clave de la Vida. Crecimiento en largo y
grosor. Calendario Vegetal . Enseñanza Mapuche
Biodiversidad..-
http://www.dic.uchile.cl/~bosque/curso/indice.html ASU
Photosynthesis Centre, una página de la Universidad
de Arizona con enlaces y
documentaciónhttp://photoscience.la.asu.edu/photosyn/default.html
Un experimento virtual de
fotosíntesis http://photoscience.la.asu.edu/photosyn/education/experiments/virtual.html
MIT Hyptertextbook Photosynthesis Chapter,
http://esg-www.mit.edu:8001/esgbio/ps/psdir.html Oceans and the
Carbon Cycle, http://www.unep.ch/iucc/fs021.html Index to Climate
Change Fact Sheets, http://www.unep.ch/iucc/fs-index.html
The Chemistry of Photosynthesis (from Internet Chemistry site),
http://naio.kcc.hawaii.edu/chemistry/everyday_photosyn.html
Fuentes y enlaces
BIBLIOGRAFÍA FOTOSINTESIS – LibroBOTANICAOnLine –
FOTOSINTESIS… ACCESORIOS / ESTRUCTURA DEL CLOROPLASTO Y DE LAS
MEMBRANAS FOTOSINTETICAS / / FASES DE LA FOTOSINTESIS /
REACCIONES DE LUZ/ FOTOSISTEMAS / FOTOFOSFORILACION / EFECTOS DE
HERBICIDAS EN EL …www.forest.ula.ve/~rubenhg/fotosintesis
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