¿Qué es la fotosíntesis? Definición, concepto, significado.La fotosíntesis es el proceso por el cual las plantas, algunas bacterias y algunos protistas utilizan la energía de la luz solar para producir glucosa a partir de dióxido de carbono y agua. Esta glucosa se puede convertir en piruvato que libera adenosina trifosfato (ATP) mediante la respiración celular. El oxígeno también se forma.
La conversión de la energía solar utilizable en energía química está asociada con la acción del pigmento verde clorofila.
La clorofila es una molécula compleja. Se producen varias modificaciones de la clorofila entre las plantas y otros organismos fotosintéticos. Todos los organismos fotosintéticos tienen clorofila a. Los pigmentos accesorios absorben energía que la clorofila a no absorbe. Los pigmentos accesorios incluyen clorofila b (también c, d y e en algas y protistanos), xantofilas y carotenoides (como el betacaroteno). La clorofila a absorbe su energía de las longitudes de onda azul violeta y rojo anaranjado rojizo, y poco de las longitudes de onda intermedias (verde-amarillo-naranja).
Hojas y estructura foliar
Las plantas son los únicos organismos fotosintéticos que tienen hojas (y no todas las plantas tienen hojas). Una hoja puede verse como un colector solar repleto de células fotosintéticas.
Las materias primas de la fotosíntesis, el agua y el dióxido de carbono, ingresan a las células de la hoja, y los productos de la fotosíntesis, el azúcar y el oxígeno, salen de la hoja.
El agua ingresa a la raíz y se transporta hasta las hojas a través de células vegetales especializadas conocidas como vasos de xilema. Las plantas terrestres deben protegerse contra la desecación, por lo que han evolucionado estructuras especializadas conocidas como estomas para permitir que el gas entre y salga de la hoja.
El dióxido de carbono no puede pasar a través de la capa cerosa protectora que cubre la hoja ( cutícula ), pero puede ingresar a la hoja a través del estoma(el singular de los estomas), flanqueado por dos celdas de guardia. Del mismo modo, el oxígeno producido durante la fotosíntesis solo puede pasar de la hoja a través de los estomas abiertos. Desafortunadamente para la planta, mientras estos gases se mueven entre el interior y el exterior de la hoja, también se pierde una gran cantidad de agua. Los álamos, por ejemplo, perderán 100 galones (aproximadamente 450 dm 3 ) de agua por hora durante los días calurosos del desierto.
La estructura del cloroplasto y las membranas fotosintéticas.
El tilacoide es la unidad estructural de la fotosíntesis. Tanto los procariotas como los eucariotas fotosintéticos tienen estos sacos / vesículas aplanados que contienen productos químicos fotosintéticos. Solo los eucariotas tienen cloroplastos con una membrana circundante.
Los tilacoides se apilan como panqueques en pilas conocidas colectivamente como grana. Las áreas entre grana se denominan estroma. Mientras que la mitocondria tiene dos sistemas de membrana, el cloroplasto tiene tres, formando tres compartimentos.
Otra forma de verla
La fotosíntesis es el proceso por el cual las plantas, algunas bacterias y algunos protistas utilizan la energía de la luz solar para producir glucosa a partir de dióxido de carbono y agua. Esta glucosa se puede convertir en piruvato que libera adenosina trifosfato (ATP) mediante la respiración celular. El oxígeno también se forma.
La fotosíntesis puede resumirse con la palabra ecuación:
dióxido de carbono + agua flecha con luz solar y clorofila glucosa + oxígeno
La conversión de la energía solar utilizable en energía química está asociada con la acción del pigmento verde clorofila.
La clorofila es una molécula compleja. Se producen varias modificaciones de la clorofila entre las plantas y otros organismos fotosintéticos. Todos los organismos fotosintéticos tienen clorofila a. Los pigmentos accesorios absorben energía que la clorofila a no absorbe. Los pigmentos accesorios incluyen clorofila b (también c, d y e en algas y protistanos), xantofilas y carotenoides (como el betacaroteno). La clorofila a absorbe su energía de las longitudes de onda azul violeta y rojo anaranjado rojizo, y poco de las longitudes de onda intermedias (verde-amarillo-naranja).
Todas las clorofilas tienen:
- una cola de hidrocarburo soluble en lípidos (C 20 H 39 -)
- una cabeza plana hidrofílica con un ion de magnesio en su centro; diferentes clorofilas tienen diferentes grupos laterales en la cabeza
La cola y la cabeza están unidas por un enlace éster.
Hojas y estructura foliar
Las plantas son los únicos organismos fotosintéticos que tienen hojas (y no todas las plantas tienen hojas). Una hoja puede verse como un colector solar repleto de células fotosintéticas.
Las materias primas de la fotosíntesis, el agua y el dióxido de carbono, ingresan a las células de la hoja, y los productos de la fotosíntesis, el azúcar y el oxígeno, salen de la hoja.
El agua ingresa a la raíz y se transporta hasta las hojas a través de células vegetales especializadas conocidas como vasos de xilema. Las plantas terrestres deben protegerse contra la desecación, por lo que han evolucionado estructuras especializadas conocidas como estomas para permitir que el gas entre y salga de la hoja.
El dióxido de carbono no puede pasar a través de la capa cerosa protectora que cubre la hoja ( cutícula ), pero puede ingresar a la hoja a través del estoma(el singular de los estomas), flanqueado por dos celdas de guardia. Del mismo modo, el oxígeno producido durante la fotosíntesis solo puede pasar de la hoja a través de los estomas abiertos. Desafortunadamente para la planta, mientras estos gases se mueven entre el interior y el exterior de la hoja, también se pierde una gran cantidad de agua. Los álamos, por ejemplo, perderán 100 galones (aproximadamente 450 dm 3 ) de agua por hora durante los días calurosos del desierto.
La estructura del cloroplasto y las membranas fotosintéticas.
El tilacoide es la unidad estructural de la fotosíntesis. Tanto los procariotas como los eucariotas fotosintéticos tienen estos sacos / vesículas aplanados que contienen productos químicos fotosintéticos. Solo los eucariotas tienen cloroplastos con una membrana circundante.
Los tilacoides se apilan como panqueques en pilas conocidas colectivamente como grana. Las áreas entre grana se denominan estroma. Mientras que la mitocondria tiene dos sistemas de membrana, el cloroplasto tiene tres, formando tres compartimentos.
Etapas de la fotosíntesis.
Cuando la clorofila a absorbe la energía de la luz, un electrón gana energía y se «excita». El electrón excitado se transfiere a otra molécula (llamada aceptor de electrones primario). La molécula de clorofila se oxida (pérdida de electrones) y tiene una carga positiva. La fotoactivación de la clorofila a se traduce en la división de las moléculas de agua y la transferencia de energía al ATP y reduce el nicotinamida adenina dinucleótido fosfato (NADP).
Las reacciones químicas involucradas incluyen:
- reacciones de condensación: responsables de la división de las moléculas de agua, incluida la fosforilación (la adición de un grupo fosfato a un compuesto orgánico)
- reacciones de oxidación / reducción (redox) que implican transferencia de electrones
La fotosíntesis es un proceso de dos etapas.
Las reacciones dependientes de la luz , una serie de reacciones dependientes de la luz que ocurren en el grana , y requieren la energía directa de la luz para formar moléculas transportadoras de energía que se utilizan en el segundo proceso:
la energía de la luz queda atrapada por la clorofila para producir ATP (fotofosforilación)
Al mismo tiempo, el agua se divide en oxígeno, iones de hidrógeno y electrones libres:
2H 2 O -> 4H + + O 2 + 4e – (fotólisis)
los electrones luego reaccionan con una molécula transportadora nicotinamida adenina dinucleótido fosfato (NADP), cambiándola de su estado oxidado (NADP + ) a su estado reducido (NADPH):
NADP + + 2e – + 2H + -> NADPH + H +
Las reacciones independientes de la luz , una serie de reacciones independientes de la luz que ocurren en el estroma de los cloroplastos, cuando los productos de la reacción de la luz, ATP y NADPH, se usan para producir carbohidratos a partir del dióxido de carbono (reducción); inicialmente se forma el gliceraldehído 3-fosfato (una molécula de 3 átomos de carbono).
Las reacciones dependientes de la luz.
Cuando la energía de la luz es absorbida por una molécula de clorofila, sus electrones ganan energía y se mueven a niveles de energía más altos en la molécula (fotoexcitación). La energía suficiente ioniza la molécula, y el electrón se ‘libera’ dejando un ion clorofila cargado positivamente. Esto se llama fotoionización.
En cloroplastos completos, cada molécula de clorofila está asociada con un aceptor de electrones y un donador de electrones . Estas tres moléculas constituyen el núcleo de un fotosistema . Dos electrones de una molécula de clorofila fotoionizada se transfieren al aceptor de electrones. El ion clorofila cargado positivamente toma un par de electrones de un donante de electrones vecino como el agua.
El efecto de la luz sobre la clorofila.
Un sistema de transferencia de electrones (una serie de reacciones químicas) transporta los dos electrones hacia adelante y atrás a través de la membrana tilacoidea.
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