INDICE:

INTRODUCCION…………………………………………………………….........01

OBJETIVOS ……………………………………………………………........02

DEFINICION …………………………………………………....…...........…03

IMPORTANCIA DE LA FOTOSINTESIS……………………...…………..04

EL PROCESO FOTOSINTETICO………………………………….………05

TASE LUMINOSA……………………………………………………..……..06 y 07

FASE OSCURA……………………………………………………………....08

ETAPA FOTODEPENDIENTE………………………………………..........09 a 11

Estructura......................................................................................12 y 13

INHIBICIÓN DE LA FOTOSÍNTESIS……………………………………....I4

RADIACIÓN FOTOSINTÉTICA ACTIVA………………………………….15

LOS CICLOS DEL CARBON...................................................................16

ASPECTOS BIOLOGICOS.......................................................................17

DISOLUCION MARINA DE CO2..............................................................18

CONCLUSION..................................................................................................19

REFERENCIA BIBLIOGRAFICA

INTRODUCCION

Una vez iniciada una reacción química puede evolucionar de dos maneras diferentes: la

reacción puede desarrollarse hasta que se agote uno de los reactivos o bien transcurrir

hasta un cierto punto en el que, aunque existan reactivos en cantidad suficiente, la

reacción, aparentemente, se detiene. En el segundo caso se dice que el sistema

formado por los reactivos, los productos y el medio de reacción ha alcanzado un estado

de equilibrio.

El presente trabajo de investigación tiene como tema principal la fotosíntesis. El proceso

de la fotosíntesis, es un proceso que mantiene la vida en nuestro planeta en el cual los

organismos como algas y vegetales convierten la energía solar en energía química, todo

esto para posibilitar la síntesis del carbono. Este proceso permite que organismos como

los vegetales desarrollen infinidad de moléculas orgánicas a partir de compuestos

inorgánicos, de allí que todos los demás organismos no autótrofos obtienen las

Biomoléculas necesarias para la vida.

El proceso de fotosíntesis es vital para el crecimiento y desarrollo de una planta, por

tanto es importante comprender las rutas que siguen todos los compuestos que ingresan

al vegetal; como así los factores que favorecen o afectan a la fotosíntesis, de esa forma

podemos comprender mejor las condiciones necesarias para una producción vegetal

óptima, que es a lo que todo profesional quiere llegar.

OBJETIVOS

Conocer y aprender las etapas del proceso bioquímico más importante de la atmósfera,

el único mecanismo del que dispone el mundo viviente para la producción de energía

utilizable y responsable de la transformación de la energía luminosa en energía química,

necesaria y utilizada por los seres vivos.

La fotosíntesis: proceso por el cual plantas verdes, algas y algunas bacterias son

capaces de producir su propio alimento y además liberar oxígeno al aire que antes se

encontraba en el en forma de dióxido de carbono.

Descubrir la importancia de la fotosíntesis y sus repercusiones no solo en la vida de las

plantas sino en la de todos los seres vivos del planeta que dependen del oxígeno del

aire para vivir.

DEFINICIÓN:

FOTOSÍNTESIS: La vida en nuestro planeta se mantiene fundamentalmente gracias a la fotosíntesis que realizan las algas, en el medio acuático, y las plantas, en el medio terrestre, que tienen la capacidad de sintetizar materia orgánica (imprescindible para la constitución de los seres vivos) partiendo de la luz y la materia inorgánica. Se estima que, cada año, los organismos foto sintetizadores fijan en forma de materia orgánica en torno a 100.000 millones de toneladas de carbono.

Etimológicamente fotosíntesis significa: síntesis con ayuda de la luz. La fotosíntesis es en esencia, un proceso de óxido reducción, en el que el carbono del CO 2 se reduce a carbono orgánico. Aunque en algunos microorganismos fotosintéticos el proceso es algo diferente, en las plantas consiste básicamente en la producción de una sustancia orgánica, (un glúcido sencillo el adenosíntrifosfato ATP la primera molécula en la que queda almacenada esa energía química) a partir de moléculas inorgánicas (el dióxido de carbono como sustrato a reducir y el agua como dador de electrones que se oxida) mediante el aprovechamiento de la energía lumínica (que queda almacenada como energía química dentro de la molécula sintetizada) y con desprendimiento de CO2. Con posterioridad, el ATP se usa para sintetizar moléculas orgánicas de mayor estabilidad.La fotosíntesis se puede representar con la formula mínima de los monosacáridos mediante la siguiente ecuación:

Luz

CO2 + H2O (CH20) + O2

En la fotosíntesis, se libera el oxígeno integrante de la molécula del agua y se almacena, por medio de una reacción de reducción, numerosos compuestos carbonatados que constituyen la materia viva. En sí, la fotosíntesis es un proceso de óxido – reducción, en que un donador de electrones, el agua, se oxida y, un aceptor, el anhídrido carbónico u otro aceptor adecuado que puede ser el nitrato o sulfato, se reduce. Esta es una propiedad característica que tienen los autótrofos, de asimilar CO2 atmosférico y convertir la energía luminosa en energía química.

La fotosíntesis es considerada como un proceso, en el cual se desarrollan tres fases:

1. La absorción de luz y retención de energía lumínica.

2. La conversión de energía lumínica en potencial químico.

3. La estabilización y almacenaje de potencial químico.

IMPORTANCIA DE LA FOTOSÍNTESIS

Las plantas son indispensables en nuestras vidas por la fotosíntesis. La fotosíntesis es el proceso por el cual las plantas y otros determinados organismos utilizan la energía solar para fabricar sus propios alimentos, transformando el dióxido de carbono y el agua en azúcares que almacenan energía química. Los animales y otros organismos, incapaces de fabricar sus propios alimentos, únicamente pueden sobrevivir obteniendo directa o indirectamente de las plantas.La fotosíntesis sustenta la vida en la Tierra

La práctica totalidad de la vida en la tierra depende del agua y de la energía del sol. Sin embargo, únicamente las plantas, algas y bacterias fotosintéticas pueden utilizar estos ingredientes de forma directa para sobrevivir. Con luz solar, dióxido de carbono, agua y unos pocos minerales del suelo, un vegetal es capaz de fabricar su propio alimento, pero ningún animal puede vivir solo a base de estos ingredientes. Casi una cuarta parte del cerca de millón y medio de especies de organismos vivos conocidas son fotosintéticas.

Las plantas, bacterias y algas llevan a cabo casi el total de la fotosíntesis del planeta, lo que les otorga un lugar preponderante en la Biosfera. Las plantas son la principal fuente de fotosíntesis en la tierra, en tanto que las algas, junto con las bacterias fotosintéticas, contribuyen a la realización de la fotosíntesis en medios acuáticos.

La fotosíntesis sustenta la vida de tres formas:

1) Hoy en día, los científicos creen que la fotosíntesis produce casi todo el oxígeno del mundo. Durante este proceso, los vegetales rompen las moléculas de agua (H2 O) y producen oxígeno (O2). La mayoría de los organismos, incluidos los vegetales y animales, necesitan oxígeno para liberar la energía almacenada en los alimentos.

2) La mayor parte de los organismos obtiene su energía directa o indirectamente de la fotosíntesis. Los animales y la mayoría de los organismos no fotosintéticos obtienen la energía alimentándose de vegetales o de otros organismos que han ingerido vegetales. En este sentido, los vegetales o cualquier otro organismo fotosintético es el origen de cualquier cadena alimenticia, una secuencia de transferencia alimenticia desde un organismo al siguiente que inicia con el organismo que produce el alimento. Los organismos fotosintéticos se conocen como productores primarios y se constituyen como la base de una cadena alimenticia.

3) Los azúcares producidos por la fotosíntesis son los bloques de construcción de la vida. Los vegetales producen azúcares y moléculas relacionadas mediante la fotosíntesis y los procesos derivados de ella, y posteriormente combinan estos productos con minerales del suelo para dar lugar a una amplia variedad de compuestos. Un vegetal utiliza estos compuestos para determinar sus características estructurales y fisiológicas

EL PROCESO FOTOSINTÉTICO.

El proceso fotosintético abarca numerosos pasos que se agrupan en dos fases: la fase lumínica y la fase oscura.

Fase lumínica

Las reacciones de la fase lumínica tienen lugar en los tilacoides de los cloroplastos donde se sitúan los pigmentos fotosintéticos y allí, la energía solar o incluso artificial, es transformada en energía química depositada en moléculas de ATP y poder reductor representado por la forma reducida del NADPH (Nicotina mida, adenín, di nucleótido, fosfato) sustancia con una fuerte tendencia a reducir otros compuestos. Ambos compuestos serán empleados en las reacciones que constituyen la fase oscura, en la que el CO2 será reducido a carbono orgánico.Absorción de la luz y transporte electrónico fotosintético

Para producir energía química a partir de energía solar, hay que mover electrones. La luz solar llega en forma de radiaciones electromagnéticas y estas radiaciones se componen de unidades elementales llamadas fotones de luz. Cuando una molécula de clorofila absorbe un fotón, pasa a un estado inestable de mayor energía, denominado estado excitado, en el que un electrón periférico se desplaza hacia una posición orbital superior de un nivel energético mayor

En el cloroplasto, los pigmentos están estrechamente asociados a proteínas y se alojan en la bicapa lipídica de los tilacoides. Estos complejos proteína, clorofila forman agrupaciones, cada una con unas 200 – 300 moléculas de clorofila que son las antenas (reciben la energía lumínica y lo transfiere por resonancia al centro de reacción), dispuestos alrededor de un núcleo o centro de reacción, constituido probablemente por una o dos moléculas de clorofila. Al recibir la energía, la clorofila del centro de reacción pierde un electrón que es transferido a una serie de transportadores de electrones. Los transportadores actúan en cadena, captando el electrón (reduciéndose) y seguidamente cediéndolo (oxidándose) a la siguiente molécula. Esta transferencia de un electrón sería el paso crucial en la transformación de la energía luminosa en química. Figura: absorción de fotones de luz por los pigmentos clorofílicos.

Se distinguen dos tipos de agrupaciones clorofílicas en las tilacoides, llamadas sistema de pigmento I y sistema de pigmento II o bien foto sistema I (FSI) y foto sistema II (FSII),

que se diferencian por la proporciones de clorofila a y b, en las características de sus centros de reacción y en los transportadores de electrones que los acompañan. La foto sistema I se localiza en la grana y su centro de reacción se denomina P700, en tanto que la foto sistema II está ubicado en las lamelas y en la periferia de las granas y su centro de reacción se denomina P680.La energía luminosa para el foto sistema I es capturada por la clorofila a (683nm).

Durante las reacciones de la fase lumínica las dos fotos sistemas actúan coordinadamente, según veremos a continuación.

La energía absorbida por el FSI provoca la pérdida de un electrón del P700, que queda en un estado inestable, con un "hueco" electrónico que será "rellenado" por un electrón procedente del FSII. El electrón perdido por el P700 pasa a una cadena de transportadores que se van reduciendo (al aceptarlo) y oxidando (al transferirlo) sucesivamente, con un nivel energético menor en cada paso. Luego de varios compuestos intermedios aún poco conocidos, el electrón pasa a la ferredoxina y por último reduce al NADP+ (forma oxidada del NADPH). La forma reducida se expresa en la ecuación siguiente:

NADP+ + 2e- + H+?NADPH

Se observa que es necesaria la presencia de un protón (H+) proveniente del espacio intratilacoidal y dos electrones cedidos por el P700, razón por el cual el flujo electrónico del FSI deberá tener lugar dos veces para reducir cada molécula de NADP+.

El FSI se convierte así en un fuerte reductor capaz de producir NADP+ que será utilizado en la fase oscura para reducir EL CO2 a carbono orgánico.

A través de ciertos transportadores, los electrones liberados pasan a ocupar el hueco electrónico del P680 queda así listo para volver a absorber energía. Los protones liberados pasan a acumularse en el espacio intratilacoidal, de donde proceden los H+ para reducir al NADP+.

El espacio intratilacoidal se acidifica por la acumulación de los protones que pierde el agua al oxidarse y también con protones que se originan durante el transporte de

electrones de la plastoquinona a los cito cromos en el FSI. La concentración de H+ en este compartimento pasa a ser mucho mayor que en el estroma y se genera así, un potencial de membrana; los protones tenderán a salir al estroma a través de canales de membrana específicos acoplados a la enzima ATP pasa, liberando una energía que se utiliza en la síntesis de ATP a partir de ADP y Pi en un proceso característico de la fase lumínica llamado fosforilación no cíclica.

Fuente :instituto de ciencias.

El recorrido de los electrones en el FSI también puede seguir un camino cíclico, regresando el electrón del P700 a esta misma molécula (a través de cito cromos y plastocianina); en este caso, también se verifica un bombeo de protones al espacio intratilacoidal que permite la síntesis de ATP adicional (fosforilación cíclica) pero no se generará poder reductor, ya que los electrones no llegan al NADP +, ni se liberará oxígeno, porque no podrá haber oxidación del agua. En la cíclica sólo actúa la foto sistema I.

Generalmente ambas reacciones I y II puede ocurrir a la vez.

Como resultado de la Fase Lumínica se obtienen NADPH (gran poder reductor) y ATP (alto contenido energético) compuestos que serán requeridos en la siguiente fase y, se desprende O2.

Fase oscura

La fijación de carbono se produce en el estroma a través de una secuencia de 13 reacciones conocida como ciclo de Calvin. Durante la década de 1950, Melvin Calvin, Andrew Benson y otros investigadores de la Universidad de California dilucidaron los detalles de este ciclo. Calvin fue galardonado con el premio Nobel de Química en 1960.

Las 13 reacciones del ciclo de Calvin se dividen en tres fases: 1: fijación de CO2 2: reducción de carbono, y 3: regeneración de RuBP. Las 13 enzimas que catalizan los pasos del ciclo de Calvin se localizan en el estroma del cloroplasto. Diez de ellas también participan en la glucólisis. Estas enzimas catalizan reacciones reversibles, en las que degradan moléculas de glúcidos en la respiración celular y las sintetizan en la fotosíntesis.

Fuente :fisiologia vegetal

1.Fijación de CO2.La primera fase del ciclo de Calvin consiste en una única reacción en la que una molécula de CO2 reacciona con un compuesto fosforilado de cinco carbonos, la levulosa bis fosfato (RuBP). Esta reacción está catalizada por la enzima levulosa bis fosfato carboxilos/oxigenas, también conocida como rubisco. Es la enzima más abundante en el cloroplasto, y probablemente una de las más abundantes en la biosfera. El producto de esta reacción es un intermediario inestable de seis carbonos, que de inmediato se descompone en dos moléculas de fosfoglicerato (PGA), de tres carbonos cada una. El carbono que originalmente era parte de la molécula de CO2 ahora forma parte de un esqueleto de carbono; se ha "fijado". El ciclo de Calvin también se conoce como ruta C3, debido a que el producto de la reacción inicial de fijación de carbono es un compuesto de tres carbonos. Las plantas que en un principio fijan carbono a través de esta ruta se denominan plantas C3.

2) Reducción de carbono.La segunda fase del ciclo de Calvin consiste en dos pasos en los que la energía y el poder reductor de ATP y NADPH (ambos producidos en las reacciones dependientes de la luz) se utilizan para convertir las moléculas de PGA en gliceraldehído-3-fosfato (G3P). Por cada seis carbonos que entran en el ciclo en forma de CO2, seis pueden salir del sistema como dos moléculas de G3P, que se usarán en la síntesis de azúcares. Cada una de estas moléculas de G3P de tres carbonos es, en esencia, la mitad de una molécula de hexosa (azúcar de seis carbonos). De hecho, se recordará que el G3P es un intermediario clave en el desdoblamiento del azúcar en la glucólisis.

La reacción de dos moléculas de G3P es exergónica y lleva a la formación de glucosa o fructosa. En algunas plantas, se unen después glucosa o fructosa para formar sacarosa, el azúcar de mesa común. La sacarosa puede obtenerse de la caña de azúcar, la remolacha y la savia del arce. Las células vegetales también usan glucosa para sintetizar almidón o celulosa.

3) Regeneración de RuBP.Obsérvese que, si bien se eliminan dos moléculas de G3P del ciclo, permanecen diez; esto representa un total de 30 átomos de carbono. A través de una serie de diez reacciones, que constituyen la tercera fase del ciclo de Calvin, estos 30 carbonos y sus átomos asociados se reordenan en seis moléculas de levulosa fosfato, cada una de las cuales es fosforilado por el ATP para producir RuBP, el compuesto de cinco carbonos con que se inició el ciclo. Estas moléculas de RuBP comienzan de nuevo el proceso de fijación del CO2, que culmina en la producción de G3P.

En resumen, los insumos necesarios para las reacciones de fijación de carbono son seis moléculas de CO2, fosfatos transferidos del ATP, y electrones (en forma de hidrógeno) del NADPH. Al final, los seis carbonos del CO2 pasan a formar parte de una molécula de hexosa. Las moléculas de G3P restantes se usan en la síntesis de moléculas de RuBP, con las que pueden combinarse más moléculas de CO2.

Etapa foto dependiente

La fotosíntesis ocurre en organelas específicas llamadas cloroplastos, que se encuentran en células fotosintéticas, es decir, en células de productores expuestas al sol. En plantas terrestres estas células están en hojas y tallos verdes (los tallos leñosos tienen células muertas que forman la corteza). Existen también algas fotosintéticas que no poseen cloroplastos, pues son organismos unicelulares procariontes (sin núcleo verdadero ni compartimientos celulares) y también realizan la fotosíntesis. Estas células, llamadas cian ofitas o algas verde azules, son seguramente muy similares a los primeros organismos fotosintéticos que habitaron nuestro planeta y realizan la fotosíntesis en prolongaciones de su membrana plasmática y en su citoplasma.

El proceso de fotosíntesis ocurre en 2 etapas, la primera, llamada etapa foto dependiente, ocurre sólo en presencia de luz y la segunda, llamada etapa bioquímica o ciclo de Calvin, ocurre de manera independiente de la luz. Pero antes de comenzar a estudiar ambas etapas es conveniente ver algunas características de los cloroplastos que permiten la realización de la captación de energía lumínica.

En principio, los cloroplastos tienen pigmentos que son moléculas capaces de "capturar" ciertas cantidades de energía lumínica [2] . Dentro de los pigmentos más comunes se encuentra la clorofila a y la clorofila b, típica de plantas terrestres, los carotenos, las xantóficas, fucoeritrinas y fucocianinas, cada uno de estos últimos característico de ciertas especies. Cada uno de estos pigmentos se "especializa" en captar cierto tipo de luz. 

Como sabemos el espectro lumínico que proviene del sol se puede descomponer en diferentes colores a través de un prisma, cada color corresponde a una cierta intensidad de luz, que puede medirse en longitudes de onda. Cada pigmento puede capturar un tipo distinto de longitud de onda ß.

curtir 2012

Así, los fotosistemas cuentan con un centro de reacción ocupado generalmente por clorofila (a o b) en las plantas terrestres, hacia donde es dirigida la energía lumínica, como se verá a continuación. Antes de comenzar a describir los reacciones químicas que ocurren en la etapa foto dependiente es conveniente ubicarnos espacialmente en el lugar de la planta donde ocurren.

Como ya hemos dicho, los cloroplastos se ubican en las células expuestas a la luz, es decir, aquéllas partes de la planta que son fotosintéticamente activas. 

En el caso de las plantas superiores la fotosíntesis ocurre principalmente en las hojas, y dentro de éstas, en cloroplastos ubicados en células del parénquima, que es uno de los tejidos de la hoja. Las hojas, además, poseen pequeñas abertura o "estomas" [3] , formadas por células que pueden agrandar o cerrar la abertura y que permiten, de este modo, regular la entrada o salida de agua y gases, como el oxígeno y dióxido de carbono.

Los cloroplastos son organelas formadas por una doble membrana externa y vesículas apiladas formando estructuras llamadas grana. Cada grana está formada por varios tilacoides. 

Fuente:fisiologia vegetal 

 En la membrana de los tilacoides se ubican los pigmentos fotosintéticos, que pueden captar la energía lumínica y dar comienzo a la etapa foto dependiente.

Fuente :fisiologia vegetal.

Se ha mencionado,que la clorofila y otros pigmentos se ubican en los cloroplastos, dentro de la membrana tilacoide, en unidades llamadas fotosistemas. Cada unidad tiene numerosas moléculas de pigmentos que se utilizan como antenas para atrapar la luz. Cuando la energía lumínica es absorbida por uno de los pigmentos, se desprenden electrones que rebotan en el fotosistema hasta llegar al centro de reacción, la clorofila a. El fotosistema que reacciona primero ante la presencia de luz es el fotosistema I.

ESTRUCTURA :

La estructura de la membrana tilacoide permite que los electrones, provenientes de la excitación fotoquímica de la clorofila sean recibidos por moléculas especializadas, llamadas aceptores, que sufren sucesivamente reacciones de óxido-reducción [4] y transportan los electrones hasta un aceptor final, la coenzima NADP.

Para que se lleve a cabo la producción de ATP (energía química) y se reduzca la coenzima NADP es necesario que reaccione otro fotosistema asociado, el fotosistema II. En este se produce también la excitación fotoquímica de la clorofila, que libera electrones. Los electrones son transferidos de un aceptor a otro a través de una cadena de transporte que los guías hasta el fotosistema I, quedando de este modo restablecida la carga electroquímica de esta molécula. Simultáneamente, en el fotosistema II se produce la lisis o ruptura de una molécula de agua. Este proceso, también llamado foto oxidación del agua, libera electrones, que son capturados por el fotosistema II, oxígeno, que es liberado a la atmósfera a través de los estomas, y protones, que quedan retenidos en el espacio intratilacoideo.

Fuente:revista cientifica

Este esquema muestra cómo incide la luz en los fotosistemas y desencadena las reacciones de la etapa foto dependiente. Los productos de esta etapa, NADPH y ATP serán utilizados en la segunda etapa de la fotosíntesis.

En la etapa foto dependiente se producen dos procesos químicos que son decisivos para la producción final de glucosa, estos son la reducción de la coenzima NADP y la síntesis de ATP. El NADP se reduce a NADPH+H+ con los protones que libera la molécula de agua. La coenzima NADP [5] reducida aportará los protones necesarios para sintetizar la molécula de glucosa, mientras el ATP liberará la energía necesaria para dicha síntesis.

Asociada a la membrana tilacoide se encuentra la enzima ATP sintetasa (o ATP asa) que es la responsable de la producción de ATP. Esta enzima es capaz de transportar protones a través de un canal ubicado en su interior y transformar la energía cinética de los protones en energía química que se conserva en el ATP [6] . De esta forma, la enzima ATP sintetasa libera el gradiente electroquímico que se produce dentro del tilacoide y utiliza la energía de este gradiente para adicionar un grupo fosfato al ADP produciendo ATP. Por otra parte, los protones que ahora se encuentran en lamatriz del cloroplasto, se unen a la coenzima NADP produciendo NADPH+H+. 

El dibujo esquemático de la disposición de los fotosistemas, algunos de los aceptores de electrones y la enzima ATP sintetasa. Observe que los protones se concentran en el espacio intratilacoideo y sólo atraviesan la membrana por la enzina ATP sintetasa. La energía liberada por el transporte de protones es utilizada para adicionar un grupo fosfato al ADP y producir ATP. Los protones se unen a la coenzima NADP y la reducen a NADPH+H+. Ambos productos, ATP y NADPH+H+ son utilizados en la siguiente etapa de la fotosíntesis. El oxígeno del agua es liberado a la atmósfera.Etapa foto independiente o ciclo de Calvin.

En el esquema del ciclo se Calvin se encuentran cuantificadas las moléculas que intervienen. Así, se observa que son necesarias 6 moléculas de CO2, 12 NADH+H+ y 12 ATP para sintetizar una molécula de glucosa.

Una gran parte del PGAL se transforma en almidón (carbohidrato de reserva) en el estroma del cloroplasto. Otra parte del PGAL es exportado al cito sol, donde se transforma en intermediario de la glucólisis [9] . También se obtienen intermediarios de azúcares de gran importancia biológica, como la sacarosa.

El ciclo de Calvin ocurre en el estroma o matriz del cloroplasto. Allí se encuentran las enzimas necesarias que catalizarán [7] la conversión de dióxido de carbono (CO2) en glucosa utilizando los protones aportados por la coenzima NADP más la energía del ATP. El dióxido de carbono ingresa a través de los estomas y llega hasta la molécula aceptora del ciclo, una pentosa [8] llamada ribulosa di fosfato, combinándose con esta mediante la acción de la enzima ribulosa fosfato carboxilasa oxigenasa o rubisco. El primer producto estable de la fijación de CO2 es el ácido-3-fosfoglicérico ( PGA), un compuesto de 3 carbonos. La energía del ATP es utilizada para fosforilar el PGA y formar ácido 1,3 difosfoglicérico, el cual es reducido luego mediante la acción del NADPH+H+ a gliceraldehido-3-fosfato (PGAL). Una parte del gliceraldehido-3-fosfato es utilizada en el ciclo para sintetizar glucosa, mientras que el resto se utiliza para regenerar la ribulosa, que da comienzo a un nuevo ciclo.

INHIBICIÓN DE LA FOTOSÍNTESIS

El aparato fotosintético está regulado, en primer lugar, por la luz, que puede ser un factor tanto limitante como estresante.

Para entender bien el funcionamiento de la fase luminosa es preciso conocer cómo regulan las plantas el uso de su primer fuente, la luz, ya que las plantas, al contrario que muchas algas, que nadan libres en medios acuáticos, no pueden moverse para huir de la luz cuando llega en exceso o para buscarla cuando falta en una zona sombreada.

La energía luminosa que llega del sol y es absorbida por una planta sólo puede seguir dos caminos o vías posibles: 1) ser transformada eficazmente en otra forma de energía acumulable (energía química) mediante el proceso de conversión foto electroquímica de la fotosíntesis; 2) ser disipada por conversión a otras formas de energía radiante no acumulable (como radiación de luz fluorescente o radiación de calor).

Estas dos vías están en continuo equilibrio y en relación inversa, cuando aumenta la primera (transformación eficaz), disminuye la segunda (disipación), y viceversa. La tasa global fotosintética de una planta sana y con suficientes nutrientes inorgánicos aumenta linealmente desde la oscuridad con la cantidad de luz (llamada densidad de flujo fotónico fotosintético, PPFD) hasta llegar a un nivel de saturación, en el cual la energía sobrante no puede ser utilizada. El nivel de saturación depende de las características propias de cada especie o variedad, y del estado fisiológico y las condiciones nutricionales específicas de cada planta. El exceso de luz tiene que ser disipado porque, si no, puede "quemar" la planta. De hecho, en esto consiste propiamente el fenómeno fisiológico denominado foto inhibición, en el cual el daño provocado por la excesiva luz hace disminuir la tasa fotosintética de las plantas.

.

Como centros de reacción, los foto sistemas pueden ser comparados con un "reactor" de una central nuclear que está sometido a una tensión energética muy grande. El reactor tiene que tener numerosos sistemas de seguridad que lo apaguen o lo cierren en caso de emergencia, para evitar que la energía se canalice hacia lugares no previstos.

Algo así sucede en las plantas con el foto sistema II, que es un reactor natural fotosintético muy bien protegido y, también, el que tiene más probabilidades de ser dañado. De todos los foto sistemas conocidos, el foto sistema II es el que tiene que realizar un mayor trabajo energético. Los restantes foto sistemas conocidos, incluido el foto sistema I de las plantas, ejercen un trabajo energético menor. Por ello, se puede decir que el foto sistema II es el de mayor esfuerzo y el punto débil del aparato fotosintético, como el filamento de una bombilla, que es lo que primero se puede romper.

Debido a estas propiedades, el foto sistema II es el centro fotosensible regulador más importante de la actividad fotosintética, siendo su foto sensibilidad el medio de control que tienen las plantas para "encender" o "apagar" el proceso de transformación de energía luminosa en energía electroquímica. Cuando la intensidad de la luz sobrepasa la capacidad de absorción y transformación de la planta, se desencadena en torno al foto sistema II toda una serie de mecanismos de desacoplamiento y desactivación, con objeto de maximizar la disipación de energía y minimizar el daño global sobre el aparato fotosintético y, de este modo, proteger a la planta. Así pues, la especial sensibilidad del foto sistema II está asociada al disparo de los mecanismos moleculares de foto protección.

RADIACIÓN FOTOSINTÉTICA ACTIVA.

Apenas 5% de la energía solar que alcanza la tierra puede ser convertida en carbohidratos a través de la fotosíntesis foliar debido a que la mayoría de la fracción de luz incidente es de onda muy corta o muy larga para ser absorbida por los pigmentos fotosintéticos.

De la radiación que llega a la tierra, el 44% se sitúan en la región de las radiaciones visibles que son utilizadas en la fotosíntesis. La radiación solar alcanza su máximo en verano (diciembre – enero) y su mínimo en invierno (junio – julio). Durante el día, la intensidad máxima de radiación solar ocurre en la proximidad del mediodía.El sol funciona como un inmenso horno, en el cual el ión hidrógeno se funde produciendo helio y liberando una cantidad fantástica de energía en la forma de radiación electromagnética constituido de diferentes radiaciones, conforme al espectro electromagnético siguiente.

La luz solar es aparentemente blanca pero es separada en diferentes colores de luz por el pasaje a través de un prisma.

La luz se propaga en forma de ondas. Estas ondas electromagnéticas incluyendo las luminosas tienen una longitud que es la distancia de un pico de onda a otro. La diferencia de color entre los rayos luminosos depende realmente de sus longitudes de onda. La energía que llevan es inversamente proporcional a la longitud de onda: a menor onda, mayor energía.

El espectro electromagnético está constituido por ondas electromagnéticas de distinta frecuencia, v (o longitud de onda. X = 1/v), abarcando desde las ondas de mayor longitud y menor energía, como las ondas de radio y televisión, hasta las ondas de menor longitud y mayor energía, como los rayos gamma. La radiación luminosa ocupa una pequeña franja del espectro, que va desde los 400 a los 700 nm, y se sitúa entre las radiaciones ultravioletas (UV) y las infrarrojas (IR), y constituye la llamada radiación fotosintéticamente activa (PAR).

LOS CICLOS DEL CARBONO

 El dióxido de carbono es un gas de efecto invernadero, que juega un importante papel en el clima terrestre. La concentración de CO2 en la atmósfera está controlada por el balance entre las ganancias y las pérdidas que se producen en las transferencias de carbono entre el aire y otros reservorios como la biosfera, el océano y el interior de la Tierra. Veremos a continuación algunos de estos ciclos, cuyos períodos temporales son muy diferentes, pero que se entrelazan de forma complicada. Hemos agrupado los diversos aspectos de los ciclos, con fines didácticos, en tres clases.

¿De dónde proviene el CO2?

El CO2 arrojado por los volcanes no suele ser un CO2 primigenio —atrapado en el interior de la Tierra desde los tiempos de su formación—, sino que suele ser un CO2 reciclado, proveniente de un carbonato (generalmente calizo: CaCO3) precipitado previamente en el océano, hundido y metamorfizado después en las profundidades de la litosfera. Por poner un ejemplo, esto es lo que ocurre en los Andes, en una zona tectónica de choque de dos placas y en donde una de ellas —la placa de Nazca, en el Pacífico— se hunde bajo la otra —la placa Sudamericana—. El CO2 arrojado a la atmósfera por el rosario de volcanes andinos proviene en gran parte de la metamorfización en profundidad de los carbonatos calcáreos sedimentados en el Pacífico. Ocurre que en la subducción tectónica las calizas son arrastradas y sometidas en profundidad a altas presiones y temperaturas, por lo que, en combinación con el óxido silícico, se metamorfizan, formando silicatos de calcio y dióxido de carbono : CaCO3 + SiO2 = CaSiO3 + CO2

Meteorización.(weathering).El proceso de formación de los sedimentos calcáreos en los fondos oceánicos que supone una absorción de CO2 atmosférico comienza con la meteorización continental. Lameteorización es la desintegración física y química de las rocas debido a la actuación de los elementos meteorológicos: lluvia, viento, cambios térmicos. En el caso que aquí nos ocupa nos referimos específicamente al ataque de los minerales silicatados, como el CaSiO3 —muy abundante en la superficie terrestre por el CO2 disuelto en el agua del suelo, en una reacción que puede expresarse de la siguiente forma: CaSiO3 + 2CO2 + 3H2O = 2HCO3- + Ca 2+ + H4SiO4.

Precipitación calcárea

Gran parte de los iones disueltos y arrastrados en las aguas de los ríos precipitan en el mar. Los iones se recombinan, formando CaCO3 (caliza) y soltando de nuevo a la atmósfera una molécula sólo una, y no dos de CO2, según la reacción: 2HCO3 - + Ca2+ = CaCO3 + H2O + CO2. Por lo tanto, en el resultado neto de las dos reacciones meteorización de los silicatos y precipitación de la caliza— la atmósfera pierde una molécula de CO2.

 

ASPECTOS BIOLÓGICOS

Fotosíntesis

La vegetación terrestre y los suelos contienen tres veces más carbono que el aire. Cada año, por el proceso fotosintético, más de 100 PgC que se encuentran en la atmósfera en forma de CO2 son captados por la biota terrestre (GPP, producción primaria bruta) y más de 40 PgC por la biota marina. De esta forma, en pocos años todo el CO2 atmosférico puede ser reciclado por la actividad vegetativa.

En forma simplificada la fotosíntesis, o reacción clorofílica, puede escribirse de la siguiente forma: CO2 + H2O = CH2O + O2 en donde CH2O representa la combinación molecular básica de un azúcar (por ejemplo, la fórmula de la glucosa es C6H12O6).

Cada molécula de CO2 del aire queda convertida en un átomo de carbono orgánico (Corg), que pasa a formar parte de un azúcar, y en una molécula residual de oxígeno (O2), que pasa al reservorio de la atmósfera. Por eso, de una forma aún más esquemática, la reacción fotosintética puede escribirse así: CO2 + luz solar =_Corg + O2

Oxidación

La fotosíntesis tiene su contrapartida en la respiración metabólica de la mayoría de las bacterias, de las plantas y de los animales. La respiración consiste químicamente en la oxidación del carbono orgánico, reacción en la cual se desprende calor: Corg + O2 = CO2. Concretamente la reacción completa de oxidación de un mol de glucosa es C6H12O6 + 6O2 = 6 CO2 + 6 H2O + 2874 kJ.

De esta manera, una parte del Corg creado en la fotosíntesis se consume y se oxida volviendo a formar CO2, ya sea en la respiración metabólica de los mismos organismos fotosintéticos autótrofos que lo crearon (bacterias, algas, plantas), o bien en la respiración de los animales heterótrofos que se alimentan de ellos. Por ejemplo, diariamente, el persona que siga la dieta media de 2.800 kcal/día produce 1.140 gramos de CO2

Bombeo biologico marino

Gran parte de la fotosíntesis en la biosfera es llevada a cabo por el fitoplancton marino (unos 40 PgC son fijados anualmente, lo que representa un 45 % de la producción primaria terrestre). El fitoplancton vive en las primeras decenas de metros de la superficie oceánica, en la zona eufótica, allí donde llega la luz solar. Estos organismos microscópicos transforman los

nutrientes en materia orgánica vegetal que continuamente es cosechada y engullida por el zooplancton.

Evolución de la concentración de oxígeno

Se ha solido creer que el oxígeno alcanzó en relativamente poco tiempo niveles comparables a los de la atmósfera contemporánea: un 21 % de la mezcla de gases que componen el aire (Sleep, 2001). Pero en la actualidad se cree que el proceso de acumulación de oxígeno fue más lento y que no se alcanzaron niveles importantes hasta hace unos 600 millones de años, al final del Precámbrico.

Disolución marina de CO2 y ventilación oceánica

El mar contiene en disolución 50 veces más carbono que el CO2 del aire: 40.000 PgC y 750 PgC, respectivamente. Entre su superficie y el aire existe, en ambos sentidos, un continuo transvase de CO2. En alguna época el mar actúa como fuente de CO2 atmosférico, y en otras como sumidero.

La abundancia de carbono en el reservorio oceánico se explica, en parte, por la alta solubilidad del CO2 y por su facilidad para reaccionar químicamente con el agua. Ocurre que el dióxido de carbono disuelto se combina con el agua del mar y forma ácido carbónico (H2CO3), que inmediatamente se disocia en iones de bicarbonato (HCO3) y de carbonato (CO3). Casi todo el carbono disuelto está en forma de estos iones: un 85% en forma de bicarbonato y un 15 % en forma de carbonato.

CONCLUSION

Para entender bien las necesidades, las capacidades, y, las limitaciones de un vegetal es de vital importancia entender la fotosíntesis. Por ello concluimos que los conocimientos que se aportan en esta investigación son fundamentales para el buen desempeño en esta materia. La conclusión de este trabajo es que la fotosíntesis es básica para la subsistencia de la plantas las cuales al utilizar el CO2 que está flotando en la atmósfera y utilizar la energía del sol para convertir materia inorgánica en orgánica las plantas nos devuelven oxígeno por lo cual a las plantas se las llama verdes se las llama el pulmón del mundo.

Llegamos al la conclusion de que la fotosíntesis es el conjunto de reacciones químicas que posibilitan casi la totalidad de la vida en la tierra, ya que es la única ruta para fijar el carbono presente en todas las células vivas.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Universidad de Las Américas. Instituto de Ciencias Naturales (Laboratorio de Fisiología Vegetal). «Fotosíntesis (1. Reacción de Hill)». Impreso el 29 de noviembre de 2009.

Owen Wangensteen. «Fotosíntesis Artificial (Apartado de Ingeniería)». Impreso el 31 de diciembre de 2009.

Elena Pérez-Urria Carril (Facultad de Ciencias Biológicas de la Universidad Complutense de Madrid). «Fotosíntesis: Aspectos Básicos». Impreso el 27 de noviembre de 2009.

Universidad Politécnica de Valencia. «La Fotosíntesis». Impreso el 5 de diciembre de 2009

Universidad Nacional de Colombia. «Fisiología vegetal (descubrimientos importantes para la teoría fotosintética)». Impreso el 24 de noviembre de 2009.

Liliana Eguren corzo. Junio 1994 revista de química. departamento de ciencias de la pontificia universidad católica del Perú, volumen vlll numero 01. Publicado 2 veces fondo editorial.

Carlos Hugo Bellone.1983 revista química vegetación volumen xx (1_4) san miguel Tucumán, república argentina 72pg.

Raymond Chang. 1999 Química, edición 6ta impreso Mc GRAU-Hill Mexico S.A 935pg. Pedro Reyes Castañeda 1980. Bio estadística aplicada. Edit. Trillas S.A. Mexico. 214pg.