Elementos que intervienen en la fotosíntesis

Las plantas son, sin duda, los seres vivos favoritos de la humanidad fuera del reino animal. Además de la capacidad de las plantas para alimentar a la gente del mundo, sin frutas, verduras, nueces y granos, es poco probable que usted o este artículo existan, las plantas son veneradas por su belleza y su papel en todo tipo de ceremonias humanas. que logran hacerlo sin la capacidad de moverse o comer es realmente notable.

De hecho, las plantas hacen uso de la misma molécula básica que hacen todas las formas de vida para crecer, sobrevivir y reproducirse: la pequeña glucosa de carbohidratos en forma de anillo, de seis carbonos . pero en lugar de comer fuentes de este azúcar, en cambio lo hacen. ¿Cómo es esto posible, y dado que lo es, por qué los humanos y otros animales simplemente hacen lo mismo y se ahorran la molestia de cazar, recolectar, almacenar y consumir alimentos?

La respuesta es la fotosíntesis , la serie de reacciones químicas en las que las células vegetales utilizan la energía de la luz solar para producir glucosa. Las plantas luego usan parte de la glucosa para sus propias necesidades, mientras que el resto permanece disponible para otros organismos.

componentes de la fotosíntesis

los estudiantes astutos pueden preguntarse rápidamente, “durante la fotosíntesis en las plantas, ¿cuál es la fuente del carbono en la molécula de azúcar que produce la planta?” no necesita un título en ciencias para suponer que la “energía del sol” consiste en luz, y que la luz no contiene ninguno de los elementos que forman las moléculas que se encuentran con mayor frecuencia en los sistemas vivos. (La luz consiste en fotones , que son partículas sin masa que no se encuentran en la tabla periódica de los elementos).

La forma más fácil de presentar las diversas partes de la fotosíntesis es comenzar con la fórmula química que resume todo el proceso.

6 h 2 o + 6 co 2c 6 h 12 o 6 + 6 o 2

así, las materias primas de la fotosíntesis son agua (h 2 o) y dióxido de carbono (co 2 ), que son abundantes en el suelo y en la atmósfera, mientras que los productos son glucosa (c 6 h 12 o 6 ) y oxígeno gas. (o 2 ).

resumen de la fotosíntesis

Un resumen esquemático del proceso de fotosíntesis, cuyos componentes se describen en detalle en las secciones siguientes, es el siguiente. (por ahora, no se preocupe por las abreviaturas con las que no esté familiarizado).

  1. Co 2 y h 2 o entran en la hoja de una planta.
  2. La luz incide sobre el pigmento en la membrana de un tilacoide , dividiendo el h 2 o en o 2 y liberando electrones en forma de hidrógeno (h).
  3. estos electrones se mueven hacia abajo a lo largo de una “cadena” hacia las enzimas, que son moléculas de proteínas especiales que catalizan, o aceleran, las reacciones biológicas.
  4. la luz solar incide en una segunda molécula de pigmento, lo que permite que las enzimas conviertan adp a atp y nadp + a nadph. 
  5. El ciclo de calvin utiliza atp y nadph como fuente de energía para convertir más co 2 de la atmósfera en glucosa.

Los primeros cuatro de estos pasos se conocen como reacciones a la luz o reacciones dependientes de la luz, ya que dependen absolutamente de la luz solar para funcionar. El ciclo de Calvin, en contraste, se llama reacción oscura , también conocida como reacciones independientes de la luz. mientras que, como su nombre lo indica, la reacción oscura puede operar sin una fuente de luz, depende de los productos creados en las reacciones dependientes de la luz para proceder.

Cómo las hojas apoyan la fotosíntesis.

Si alguna vez ha visto un diagrama de una sección transversal de la piel humana (es decir, cómo se vería desde un lado si pudiera verla desde la superficie hasta el tejido que la piel encuentra debajo), Podría haber notado que la piel incluye distintas capas. estas capas contienen diferentes componentes en diferentes concentraciones, como glándulas sudoríparas y folículos pilosos.

La anatomía de una hoja está dispuesta de manera similar, excepto que las caras se enfrentan al mundo exterior por dos lados. moviéndose desde la parte superior de la hoja (considerada como la que está más orientada hacia la luz) hacia la parte inferior, las capas incluyen la cutícula , una capa protectora delgada y cerosa; la epidermis superior ; el mesófilo ; la epidermis inferior ; y una segunda capa de cutícula.

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el propio mesófilo incluye una capa de empalizada superior , con células dispuestas en columnas ordenadas, y una capa esponjosa inferior , que tiene menos células y mayor espacio entre ellas. La fotosíntesis tiene lugar en el mesófilo, lo cual tiene sentido porque es la capa más superficial de una hoja de cualquier sustancia y está más cerca de cualquier luz que golpee la superficie de la hoja.

Cloroplastos: fábricas de fotosíntesis.

Los organismos que deben obtener su alimento de las moléculas orgánicas en su ambiente (es decir, de las sustancias que los humanos llaman “alimento”) se conocen como heterótrofos . las plantas, por otro lado, son autótrofas, ya que construyen estas moléculas dentro de sus células y luego usan lo que necesitan antes de que el resto del carbono asociado sea devuelto al ecosistema cuando la planta muere o se come.

La fotosíntesis ocurre en los orgánulos (“órganos diminutos”) en las células de las plantas llamadas cloroplastos . los orgánulos, que están presentes solo en las células eucariotas, están rodeados por una doble membrana plasmática que es estructuralmente similar a la que rodea a la célula en su totalidad (generalmente llamada simplemente membrana celular).

  • Es posible que vea cloroplastos denominados “las mitocondrias de las plantas” o similares. Esta no es una analogía válida ya que los dos orgánulos tienen funciones muy diferentes. Las plantas son eucariotas y se involucran en la respiración celular, por lo que la mayoría de ellas tienen mitocondrias y cloroplastos. 

Las unidades funcionales de la fotosíntesis son los tilacoides. estas estructuras aparecen tanto en los procariotas fotosintéticos, como en las cianobacterias (alga azul-verde), y en las plantas. pero debido a que solo los eucariotas presentan orgánulos unidos a la membrana, los tilacoides en procariotas permanecen libres en el citoplasma celular, al igual que el ADN en estos organismos lo hace debido a la falta de un núcleo en procariotas.

¿Para qué son los tilacoides?

En las plantas, la membrana tilacoide es en realidad continua con la membrana del cloroplasto en sí. Los tilacoides son, por lo tanto, como orgánulos dentro de los orgánulos. están dispuestas en pilas redondas, como platos de comida en un armario, es decir, platos de comida huecos. estas pilas se llaman grana , y los interiores de los tilacoides están conectados en una red de tubos parecida a laberinto. El espacio entre los tilacoides y la membrana interna del cloroplasto se llama estroma .

Los tilacoides contienen un pigmento llamado clorofila , que es responsable del color verde que la mayoría de las plantas exhiben de alguna forma. más importante que ofrecer al ojo humano una apariencia brillante, sin embargo, la clorofila es lo que “captura” la luz solar (o, en realidad, la luz artificial) en el cloroplasto y, por lo tanto, la sustancia que permite que la fotosíntesis proceda en primer lugar .

En realidad, hay varios pigmentos diferentes que contribuyen a la fotosíntesis, siendo la clorofila el principal. Además de las variantes de clorofila, muchos otros pigmentos en los tilacoides responden a la luz, incluidos los tipos rojo, marrón y azul. estos pueden transmitir la luz entrante a la clorofila a, o pueden ayudar a evitar que la célula sea dañada por la luz al servir como señuelos de algún tipo.

Las reacciones a la luz: la luz llega a la membrana tilacoide.

cuando la luz solar o la energía luminosa de otra fuente llega a la membrana tilacoide después de pasar a través de la cutícula de la hoja, la pared celular de la planta, las capas de la membrana celular, las dos capas de la membrana del cloroplasto y finalmente el estroma, se encuentra con un par de Complejos multi-proteínas estrechamente relacionados llamados fotosistemas .

el complejo llamado fotosistema i difiere de su compañero fotosistema ii en que responde de manera diferente a diferentes longitudes de onda de la luz; Además, los dos fotosistemas contienen versiones ligeramente diferentes de clorofila a. El fotosistema i contiene un formulario llamado p700, mientras que el fotosistema ii usa un formulario llamado p680. estos complejos contienen un complejo de captación de luz y un centro de reacción. cuando la luz llega a estos, desaloja los electrones de las moléculas en la clorofila, y estos pasan al siguiente paso en las reacciones a la luz.

recuerde que la ecuación neta para la fotosíntesis incluye tanto co 2 como h 2 o como entradas. estas moléculas pasan libremente a las células de la planta debido a su pequeño tamaño y están disponibles como reactivos.

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Las reacciones de luz: transporte de electrones.

cuando los electrones son expulsados ​​de las moléculas de clorofila por la luz entrante, necesitan ser reemplazados de alguna manera. esto se hace principalmente mediante la división de h 2 o en gas de oxígeno (o 2 ) y electrones libres. en este contexto, el o 2 es un producto de desecho (tal vez sea difícil para la mayoría de los humanos visualizar el oxígeno creado recientemente como un producto de desecho, pero tales son los caprichos de la bioquímica), mientras que algunos de los electrones se abren camino hacia la clorofila en la forma de hidrógeno (h).

Los electrones se abren paso por la cadena de moléculas incrustadas en la membrana del tilacoide hacia el aceptor de electrones final, una molécula conocida como nicotinamida adenina dinucleótido fosfato (nadp + ). entienda que “abajo” no significa verticalmente hacia abajo, sino hacia abajo en el sentido de energía progresivamente más baja. cuando los electrones alcanzan nadp + , estas moléculas se combinan para crear la forma reducida del portador de electrones, nadph. Esta molécula es necesaria para la reacción oscura posterior.

Las reacciones a la luz: fotofosforilación.

Al mismo tiempo que se está generando nadph en el sistema descrito anteriormente, un proceso llamado fotofosforilación usa energía liberada de otros electrones “girando” en la membrana tilacoide. la fuerza motriz de protones conecta las moléculas de fosfato inorgánico , o p i , al difosfato de adenosina (adp) para formar trifosfato de adenosina (atp).

este proceso es análogo al proceso en la respiración celular conocido como fosforilación oxidativa. al mismo tiempo que se está generando atp en los tilacoides con el fin de fabricar glucosa en la reacción oscura, las mitocondrias en otras partes de las células vegetales están utilizando los productos de la descomposición de algo de esta glucosa para formar atp en la respiración celular para el metabolismo final de la planta. necesariamente.

La reacción oscura: fijación de carbono.

cuando el co 2 ingresa en las células de la planta, sufre una serie de reacciones, que se agregan primero a una molécula de cinco carbonos para crear un intermedio de seis carbonos que se divide rápidamente en dos moléculas de tres carbonos. ¿Por qué esta molécula de seis carbonos no se convierte directamente en glucosa, sino también en una molécula de seis carbonos? Mientras que algunas de estas moléculas de tres carbonos salir del proceso y de hecho son utilizados para sintetizar glucosa, se necesitan otras moléculas de tres carbonos para mantener el ciclo de marcha, ya que se unen a co entrante 2 para hacer que el compuesto de cinco carbonos se señaló anteriormente .

el hecho de que la energía de la luz se aproveche en la fotosíntesis para impulsar procesos independientes de la luz tiene sentido, dado que el sol sale y se pone, lo que coloca a las plantas en la posición de tener que “acumular” moléculas durante el día para que puedan hacerlas. Su comida mientras el sol está por debajo del horizonte.

Para propósitos de nomenclatura, el ciclo de calvin, la reacción oscura y la fijación de carbono se refieren a la misma cosa, que es producir glucosa. es importante darse cuenta de que sin un suministro constante de luz, la fotosíntesis no podría ocurrir. las plantas pueden prosperar en ambientes donde la luz siempre está presente, como en una habitación donde las luces nunca se atenúan. pero lo contrario no es cierto: sin luz, la fotosíntesis es imposible.

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