FOTOSINTESIS

La fotosíntesis

es uno de los procesos anabólicos más sorprendentes que realizan los organismos que poseen células con algún pigmento fotosintético,

con la finalidad de producir compuestos orgánicos (glucosa) a partir de sustancias inorgánicas (agua y dióxido de carbono), en presencia de energía luminosa, liberando oxígeno.

fotosintesis

Mediante este proceso se produce una transformación de energía luminosa en química, la cual queda almacenada en las uniones químicas de los compuestos orgánicos, como por ejemplo en los enlaces entre los átomos carbono de la glucosa.

Los organismos que realizan la fotosíntesis se denominan autótrofos y no solo comprenden a los vegetales, también hay organismos de los Reinos Moneras y Protistas que son fotosintetizadores.

Estos seres son el primer eslabón en la cadena alimentaria, son los productores

La luz, fuente primaria de energía en la fotosíntesis, es parte de la radiación electromagnética que es visible al ojo humano.

La “luz visible” tiene longitudes de onda que van desde el violeta, con cerca de 380 nm, al rojo con 700nm. Esa franja del espectro de radiación electromagnética también es llamada como radiación fotosintética activa.

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La energía luminosa

presenta naturaleza ondulatoria y particular. La luz es transmitida en ondas o absorbida y/o emitida en partículas llamadas “fotones” con energía inversamente proporcional a la longitud de onda.

Así, fotones de luz azul, de longitud de onda corta, son más energéticos de lo que fotones de luz roja de mayor longitud de onda. Par que la fotosíntesis ocurra, los pigmentos fotosintéticos (clorofilas) deben absorber la energía de un fotón de dada longitud de onda y entonces utilizar esa energía para iniciar una cadena de eventos de la fase fotoquímica de la fotosíntesis.

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La unidad estructural de la fotosíntesis es el cloroplasto.

Los organismos fotosintéticos procariotes y eucariotes poseen sacos aplanados o vesículas llamadas tilacoides, que contienen los pigmentos fotosintéticos;

Los tilacoides se disponen como una pila de panquecas, que recibe el nombre de grana.

El interior del cloroplasto entre las granas es el estroma proteico, donde se encuentran las enzimas que catalizan la fijación del CO2 .

Los cloroplastosson organelas, cuyas membranas internas a manera de pequeños discos llamadas tilacoides contienen los fotopigmentos, entre ellos las clorofilas, encargadas de realizar la fotosíntesis.

Pigmentos fotosintéticos El término 'pigmento' es utilizado para describir una molécula que absorbe luz y presenta un color. Las plantas contienen una gran variedad de pigmentos que dan lugar a los colores que en ellas se observan. Obviamente, las flores y los frutos contienen muchas moléculas orgánicas que absorben luz,

sin embargo hojas, tallos y raíces también contienen numerosos pigmentos, que incluyen antocianinas, flavonoides, flavinas, quinonas y citocromos.

De todas formas, ninguno de éstos debe ser considerado como un pigmento fotosintético. Los pigmentos fotosintéticos son los únicos que tienen la capacidad de absorber la energía de la luz solar y hacerla disponible para el aparato fotosintético.

En las plantas terrestres hay dos clases de pigmentos

fotosintéticos: las clorofilas y los carotenoides.

Las clorofilas (del griego χλωρος, chloros, "verde", y φύλλον, fýlon, "hoja") 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, crítica en la fotosíntesis, proceso que permite a las plantas absorber energía a partir de la luz.

CarotenosEn organismos fotosintéticos los carotenoides desempeñan un papel vital en los centros de reacción, ya sea participando en el proceso de transferencia de energía, o protegiendo el centro de reacción contra la autooxidación. En los organismos no fotosintéticos, los carotenoides han sido vinculados a los mecanismos de prevención de la oxidación.

Fases de la fotosíntesis

Fase luminosa Fase oscura

FASES DE LA FOTOSINTESIS.1) 1) FASE LUMINICA O FOTODEPENDIENTE

Ocurre en los tilacoides de los cloroplastos y en presencia de la luz. En esta etapa se produce:

La fotolisis de la molecula de H20La sintesin del NADPH (compuestos reductores)Sintesis del ATP La energía solar produce la ruptura de la molécula de H20, el 02 se libera a la atmósfera a través de los estomas, y el H2 se almacena para la etapa siguiente.

La energía no utilizada no utilizada se almacena en moléculas de ATP.

2) FASE OSCURA O FOTOINDEPENDIENTE

El H2 de la fase lumínica se suma al Co2 dando como resultado la producción de compuestos orgánicos (compuestos por C, H , O) Para que pueda llevarse a cabo este proceso, necesita la energía almacenada del ATP de la primera fase.

Dicho proceso da como resultado el carbohidrato llamado Glucosa : C6H12O6

La fase luminosa, fase clara, fase fotoquímica o reacción de Hill

Es la primera etapa o fase de la fotosíntesis, que depende directamente de la luz o energía lumínica para poder obtener energía química en forma de ATP y NADPH, a partir de la disociación de moléculas de agua, formando oxígeno e hidrógeno.

En esta fase, cuando un fotón es capturado por un pigmento fotosintético,

se produce la excitación de un electrón, el cual es elevado desde su estado basal a niveles de energía superior, pasando a un estado excitado.

Después de una serie de reacciones de oxido-reducción,

la energía del electrón se convierte en ATP y NADPH.

En el proceso ocurre la fotólisis del agua, la que se descompone según la ecuación:

H2 O + cloroplasto + fotón (773 bytes) 0,5 O2 + 2 H+ + 2 electrones.

FASE LUMINOSAEN LA FOTOFOSFORILACIÓN CÍCLICA

la luz solar excita los electrones de las moléculas de clorofila, lo cual hace que pasen a un nivel más alto de energía.

Estos electrones activados entran en una cadena transportadora de electrones,

es decir, son absorbidos por una molécula y donados posteriormente hasta llegar a la molécula de la que salió, pero al hacerlo liberan energía en forma gradual, la cual usa para fosforilar moléculas de ADP y así formar ATP.

La fotofosforilación

se lleva a cabo en dos fotosistemas, que se diferencian entre sí por el tipo de longitud de onda de la luz que absorben.

Cuando se produce la fotólisis de dos moléculas de agua, produciendo dos iones hidrógeno (2H+) y dos radicales de oxidrilo (2OH–), se liberan los dos electrones (2e-).

Los radicales oxhidrilo formarán después agua y oxígeno atómico como productos finales de la fotosíntesis.

Los dos iones de hidrógeno son aceptados por el NADP2.

FOTOSISTEMAS

En la fotosíntesis cooperan dos grupos separados de pigmentos o fotosistemas, que se encuentran localizados en los tilacoides.

Muchos organismos procariotes solamente tienen el fotosistema I

En el fotosistema II,

se produce la fotólisis del agua y la liberación de oxígeno;

ambos fotosistemas operan en serie, transportando electrones, a través de una cadena transportadora de electrones.

FASE OSCURA Las reacciones que fijan carbono son también conocidas como reacciones "oscuras" o reacciones "independientes de la luz".

REACCIONES DE OSCURIDAD

Las reacciones de fijación o reducción del carbono, son conocidas también como reacciones de oscuridad, sin embargo dos sustancias producidas en la luz, como son el NADPH y el ATP participan en la reducción del CO2.

En el estroma de los cloroplastos se encuentran presentes las enzimas que intervienen en el Ciclo de Calvin.

CICLO DE CALVIN

El Bióxido de carbono atmosférico es capturado y modificado por la adición de hidrógeno para formar carbohidratos

La transformación del Bióxido de carbono en un compuesto orgánico se conoce como fijación del Carbono.

La energía para ello proviene de la primera fase de la fotosíntesis.

El Ciclo de Calvin (o de los tres carbonos)

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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.

CICLO DE CALVIN

El primer producto estable del ciclo es el ácido 3- fosfoglicérico (PGA), molécula de tres carbonos.

Globalmente 6 moléculas de RuBP (ribulosa bifosfato) se combinan con 6 de anhídrido carbónico y dan 12 de 3-fosfoglicérico.

La enzima que cataliza esta reacción es la RuBP carboxilasa (la rubisco), posiblemente la proteína mas abundante del mundo y se encuentra en la superficie de las membranas tilacoideas.

La energía del ATP y el NADPH generados por los fotosistemas se usan para "pegar" fosfatos (fosforilar) al 3-PGA y reducirlo a fosfogliceraldehido o PGAL, también de tres carbonos.

Del total de 12 moléculas transformadas, dos moléculas de 3-PGAL salen del ciclo para convertirse en glucosa.

Las moléculas restantes de PGAL son convertidas por medio del ATP en 6 moléculas de RuBP (5 carbonos), que recomienzan el ciclo.

En las plantas y otros organismos fotosintéticos existen diferentes tipos de clorofilas.

La clorofila a se encuentra en todos los organismos fotosintéticos (plantas, ciertos protistas, proclorobacterias y cianobacterias).

} Los pigmentos accesorios absorben energía que la clorofila es incapaz de absorber.

Los pigmentos accesorios incluyen clorofila b (en algas y protistas

las clorofilas c,d y e),

xantofila(amarilla)

y caroteno, anaranjado ( como el beta caroteno, un precursor de la vitamina A ).

La clorofila a absorbe las longitudes de ondas violeta, azul, anaranjado- rojizo, rojo y pocas radiaciones de las longitudes de onda intermedias ( verde-amarillo-anaranjado ).

La fotosíntesis es un proceso que ocurre en dos fases

Fase luminosaFase oscura

FASES DE LA FOTOSíNTESIS

La fotosíntesis es un proceso que ocurre en dos fases.La primera fase es un proceso que depende de la luz (reacciones luminosas), requiere la energía directa de la luz que genera los transportadores que son utilizados en la segunda fase.

La fase independiente de la luz (reacciones de oscuridad), se realiza cuando los productos de las reacciones de luz son utilizados para formar enlaces covalentes carbono-carbono (C-C), de los carbohidratos. Las reacciones oscuras pueden realizarse en la oscuridad, con la condición de que la fuente de energía (ATP) y el poder reductor (NADPH) formados en la luz se encuentren presentes.

IMPORTANCIA BIOLOGICA

DE LA FOTOSINTESI

S

La vida en la tierra depende fundamentalmente de la energía solar , la cual es atrapada mediante el proceso fotosintético, que es responsable de la producción de toda la materia orgánica (Biomasa) que conocemos.

La materia orgánica comprende los alimentos que consumimos diariamente tanto nosotros como los animales, los combustibles fósiles (petróleo, gas, gasolina, carbón); así como la leña, madera, pulpa para papel, inclusive la materia prima para la fabricación de fibras sintéticas, plásticos, poliéster, etc.