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La fotosíntesis: Indispensable fuente de oxígeno para los seres vivos

fotosíntesis

¿Conoces el proceso de la fotosíntesis? Pues, es interesante saber cómo esta actividad química les permite a los organismos vegetales procesar su propio alimento. Además, cómo aporta el oxígeno necesario para sustentar la vida en el planeta.

¿Qué es la fotosíntesis?

Es un proceso químico a través de las cuales las plantas adquieren su propio alimento. Al convertir el dióxido de carbono y agua en azucares, es por ello, que se les conoce como organismos autótrofos. Además, aportan oxígeno al medio ambiente. Por lo cual, es indispensable para sustentar toda forma de vida en el planeta.

Las plantas utilizan la clorofila que se encuentran en sus hojas para efectuar la fotosíntesis. Pues esta se encarga de absorber la cantidad de luz necesaria para realizar el proceso. Tanto árboles como plantas, requieren de la fotosíntesis para crecer y desarrollarse plenamente.

Otros organismos acuáticos como algas, bacterias rojas, purpuras, bacterias verdes del azufre y algunas terrestres cumplen la función de realizar la fotosíntesis. Además, animales como la salamandra y una babosa marina parecida a una hoja son capaces de efectuar dicho proceso.

Aunque es principalmente en las hojas donde se realiza la fotosíntesis, en algunos casos específicos sucede en las raíces. Es por ello, que algunas plantas poseen color verde en las raíces.

Partes de la célula vegetal que participan en la fotosíntesis

Las partes de las hojas cumplen una función en la actividad fotosintética, las cuales son:

  • Cloroplastos: Son orgánulos que se encuentran en las hojas de las plantas y en las algas. Contiene enzimas y la clorofila encargadas directamente de la fotosíntesis.
  • Clorofila: Es un pigmento que absorbe la energía de la luz solar, la transforma en moléculas de ATP Y ANDPH para liberar oxígeno. Posteriormente, sintetiza dióxido de carbono y la energía acumulada en las moléculas, para convertirlas en alimentos para nutrirse.
  • Citoplasma: Posee las proteínas y enzimas que las células requieren para efectuar la fotosíntesis.
  • Vacuola: Las células vegetales poseen una vacuola grande central llena de agua y protegida por una membrana llamada tonoplasto. Esta controla el movimiento molecular entre la savia y el citosol.
  • Pared celular: Está compuesta de celulosa aporta fuerza y rigidez a la célula y protege su contenido.

Clases de clorofila

Existe la clorofila A encargada de absorber la luz roja y violeta. La clorofila B es receptora de la luz azul. Cabe destacar que ambos tipos de clorofila irradian luz verde, esa es la razón del color verde de las hojas.

Fases de la fotosíntesis

La fotosíntesis ocurre en dos fases las cuales son:

Fase luminosa o fotoquímica

Esta fase debe su nombre a que se realiza con la presencia de luz. Ocurre a través de un proceso llamado fotolisis y se produce en los tilacoides del cloroplasto. Allí la clorofila absorbe la luz solar y activa los electrones externos que pasan por la cadena de transporte de electrones. La cual rompe las moléculas de agua, esto logra separar el oxígeno del nitrógeno.

Por consiguiente, el oxigeno es liberado a la atmósfera y el nitrógeno es utilizado dentro del mismo proceso. Por otra parte, la energía que no se utiliza se almacena en moléculas especiales llamadas ATP o adenosín trifosfato.

Fase oscura o sintética

La fase oscura se realiza en la matriz o estromas de los cloroplastos su nombre se debe a que no necesita luz para ejecutar el proceso. Por consiguiente, utiliza toda la energía que contiene el ATP y el NADPH o nicotín adenín dinucleótido fosfato que son obtenidas de la fase lumínica. Este proceso se realiza por medio de una ruta metabólica cíclica que es llamada Ciclo de Calvin. Además, requiere del dióxido de carbono que se encuentra en el medio ambiente.

Ciclo de Calvin

Fué el bioquímico Melvin Calvin quien descubrió este ciclo. El cual se efectúa a través de un proceso cíclico donde se dan varios pasos. Primero se fija el dióxido de carbono. Luego en el estroma del cloroplasto el dióxido de carbón de la atmósfera es unido a la pentosa ribulosa-1,5-bifosfato. Debido al trabajo de la enzima RubisCo para crear un compuesto inconsistente de 6 carbonos para luego descomponerse en 2 moléculas de acido 3-fosfoglicérico.

Las plantas que realizan este proceso se denominan C3.  Es decir, están formadas por 3 átomos de carbono. No obstante, variedad de especies vegetales de zonas desérticas alteran el ciclo lo que resulta en una molécula de 4 átomos.  Por lo cual este tipo de se llaman C4 igual que el método alternativo que usan llamado vía de la C4.

Métodos para realizar el proceso fotosintético

Existen dos formas para realizar el proceso de la fotosíntesis el cual depende de los organismos que la efectúan.

Fotosíntesis oxigénica

La realizan las plantas superiores, es decir, las que tienen tejidos vasculares, las cianobacterias y las algas. En la cual el agua es la que aportan los electrones.

Como consecuencia, libera oxígeno. Esta particularidad metabólica la ejecutan las cianobacterias y sus descendientes por medio de endosimbiosis. Es la forma principal de fotosíntesis en organismos autótrofos, los que aportan gran cantidad de oxigeno en el planeta.

Fotosíntesis anoxigénica o bacteriana

Las efectúan las bacterias púrpuras y verdes del azufre, donde aportan los electrones el sulfuro de hidrogeno. En consecuencia, el elemento químico que se libera es azufre, este puede acumularse en la bacteria o ser expulsado al agua.

Existen unas características comunes en las bacterias que producen la fotosíntesis anoxigénica. Por ejemplo, poseen un solo fotosistema.

Este capta un solo electrón que pasa por el sistema de transporte de electrones, más tarde es enviado de vuelta al fotosistema. Por lo tanto, se denomina ciclo cerrado. En este ciclo solo se genera un ATP directamente, no se da la reducción de NADPH a diferencia del ciclo oxigénico.

Estas bacterias poseen pigmentos propios, la más común es un antecesor de la clorofila llamada bacterioclorofila. Esta se divide en bacterioclorofila a y b pertenecen a las bacterias purpuras y no contienen el color verde. En cambio, las de categoría c, d, y e se encuentran en las bacterias verdes y por ende contienen el mismo color.

Además, estos organismos presentan otros pigmentos accesorios los más comunes son los carotenoides los cuales generan el color rojizo o púrpura a las bacterias con el mismo nombre.

Importancia de la fotosíntesis

La fotosíntesis es un gran medio para proporcionar el oxígeno que todos los seres vivos necesitan para sobrevivir. Además, las plantas adquieren su propio alimento mediante este proceso. Por otro lado, es de vital importancia pues, permite el equilibrio entre seres autótrofos y heterótrofos

Otro efecto importante, es que regula los niveles de dióxido de carbono de la atmósfera, pues estos sin las plantas serian muy elevados. Debido a que todos los seres vivos liberan gran cantidad de este elemento al aire, en forma de residuos.

También, gracias a esta actividad pueden beneficiarse otros organismos. Los cuales consumen alimento de sus raíces, tallos, hojas, corteza, flores y fruto.

Cabe destacar, la importancia de la fotosíntesis por su gran capacidad para limpiar la atmosfera de los gases nocivos de la contaminación industrial. 

Por tal motivo, en los últimos años se ha dado énfasis a sembrar árboles frondosos y plantas para crear pulmones vegetales. Los cuales contribuyen en gran medida a evitar las consecuencias de la contaminación atmosférica.

Características de la fotosíntesis

Durante esta actividad la energía lumínica es transformada en energía química estable y esta a su vez convierte la materia inorgánica en orgánica. Las principales características es la producción de oxigeno que aporta a los seres vivos. También, la glucosa que genera para sustentar la misma planta.

Cabe destacar, que esta actividad fotosintética se da en los cloroplastos y en muy pocos casos en las raíces de las plantas. Debido a la luz, las plantas pueden atraer dióxido carbono y expulsar el oxigeno durante el día. Mientras que por las noches absorben oxígeno y liberan dióxido de carbono.

Beneficios de la fotosíntesis para los seres humanos

Esta actividad se encarga de procesar materia prima inorgánica en alimentos. Las cuales aportan energía al ecosistema. Por otra parte, las plantas suministran alimento orgánico para los seres humanos y animales. Gracias al proceso fotosintético que ocurrió en el pasado y a la degradación animales y plantas han generado combustible fósiles. Tales como el petróleo, carbón, y gas natural.

Disminuye la concentración de dióxido de carbono y desechos industriales perjudiciales.  Los cuales ocasionan problemas respiratorios en los seres humanos.

También, proporcionan oxigeno a la atmosfera lo necesario por todos los organismos vivos. Los productos vegetales como el caucho, los medicamentos, la resina, la madera y los aceites se fabrican debido a la fotosíntesis.

Factores que permiten realizar la fotosíntesis correctamente

Para realizar la fotosíntesis las plantas necesitan de una serie de factores que permiten que el proceso se ejecute de forma correcta. No obstante, si algunos de estos se alteran disminuyen o aumentan el rendimiento fotosintético.

Calidad de la luz

La luz más idónea es la solar de la cual las plantas utilizan una parte específica del espectro. Especialmente, la clorofila absorbe de forma eficiente la luz azul violeta y la luz roja a cierta intensidad o cantidad de energía. Sin embargo, en el caso de trabajar con luz artificial es importante seleccionar una fuente de luz eficiente.

La intensidad de la luz

Para iniciar la fotosíntesis las plantas necesitan una cantidad mínima de luz llamada punto de compensación de luz. Es allí donde el dióxido de carbono es absorbido y liberado nuevamente.

La velocidad con que se efectúa la actividad fotosintética depende de la intensidad de la luz y de la cantidad de energía que provenga de dicha fuente.

Temperatura

Las temperaturas influyen en la actividad del ciclo de Calvin. Es decir, a bajas temperatura la activad de las enzimas es lenta. Por consiguiente, a medida que aumenta la temperatura las reacciones químicas de las enzimas aumentan. Esto logra que la velocidad de la fotosíntesis sea más alta.

¿Qué son los fotosistemas?

Son los recolectores o captación de luz para el proceso de la fotosíntesis. Están conformados por unos conjuntos de pigmentos fotosintéticos que se encuentran alojados en unas proteínas transmembranales. Contienen dos unidades diferentes: La antena y el centro de reacción y la luz absorbida por este sistema esta formada por fotones.

Función del centro de reacción en el proceso metabólico de las plantas

La energía pasa de un pigmento a otro hasta llegar al centro de reacción. De esta forma, transfieren un electrón con mucha energía al pigmento receptor. Existen dos centros de reacción en la fotosíntesis, se denominan fotosistema I y fotosistema II.

El fotosistema I puede atraer la luz con una longitud de ondas hasta 700 nanómetros, esta se realiza en la molécula diana. En las plantas superiores su antena encierra una buena proporción de clorofila a y en menor cantidad la clorofila b. Estas se dan en los tilacoides del estroma.

Por otra parte, el fotosistema II atrae luz con una longitud de ondas menor o igual a 680 nanómetros. En el centro de reacción se encuentra una molécula de pigmento diana el primer aceptor y dador de electrones. Además, posee varios pigmentos no diana.

La antena dentro de los fotosistemas

La antena también llamada LHC por sus siglas en inglés dominan los pigmentos fotosintéticos más que las proteínas. Dichas moléculas de pigmentos varían en cantidad entre doscientas y cuatrocientas de diferentes tipos. A mayor cantidad de pigmentos con diferente longitud de onda admite un amplio espectro de absorción.  Esto logra que la fotosíntesis sea más eficaz.  

Por otro lado, posee solo dos proteínas intermembranales. No obstante, la antena no contiene pigmento diana.

Elementos externos que disminuyen el proceso

A través de estudios científicos experimental han concluido que existen algunos elementos que no permiten el desarrollo rápido de la fotosíntesis.

La intensidad luminosa

Las especies vegetales se adaptan a desarrollar su vida con una intensidad de luz en intervalos. Es por ello, que existen especies fotófilas y de penumbra. Mientras mayor sea la intensidad luminosa aumenta el rendimiento hasta pasar ciertos límites. Lo cual genera una fotoxidación irreversible de los pigmentos fotosintéticas.

Tiempo de iluminación

Algunas especies necesitan mas horas de luz para aumentar la producción fotosintética. Por el contrario, otras plantas requieren alternar horas de oscuridad con algún tiempo de iluminación.

La escasez de agua

Debido a la falta de agua en el terreno tampoco hay condensación en el aire por consiguiente disminuye el rendimiento de la fotosíntesis. Ya que, la planta reacciona y cierra las estomas para evitar secarse. Esto dificulta la penetración de dióxido de carbono para realizar el proceso.

Concentración de oxigeno

Cuando hay mayor concentración de oxigeno en la atmósfera es menor el rendimiento fotosintético esto se debe a los procesos de fotorrespiración.

La temperatura

La temperatura en la que se desarrolla una planta o cualquier organismo fotosintético influye en el proceso. A bajas temperaturas impiden la eficacia de la actividad de la fotosíntesis.

El color de la luz

Los pigmentos en las clorofilas, carotenos, ficoeritrinas, ficocianinas y xantofilas traspasan la energía a las moléculas diana. Sin embargo, en el caso que la longitud de la onda sobrepase los 680nm el fotosistema II no actúa. Consecuentemente, disminuye la actividad fotosintética.

Etapas de alimentación de las plantas

La mayoría de las plantas cumplen un proceso para producir su propio alimento. La absorción es cuando las raíces de las plantas buscan el agua la absorben junto a otros minerales de la tierra. El siguiente paso es la circulación, permiten que el agua y los minerales absorbidos por las raíces lleguen a las hojas.

Luego las hojas al estar orientadas hacia la luz realizan la fotosíntesis. La cual proporciona alimento a las plantas para crecer y desarrollarse. Además, al igual que otros seres vivos las plantas respiran de noche al absorber oxígeno y liberar dióxido de carbono.

Fotosíntesis artificial

Fotosíntesis artificial

En la actualidad existen grandes proyectos químicos propuestos para la producción artificial de la fotosíntesis. La expectación de poder obtener a mayor escala energía solar en el futuro. Hay mucho interés en esta tecnología desde el punto de vista práctico y económico, así como también ecológico. Pues podría ayudar a mitigar los efectos adversos producidos por el calentamiento global. No obstante, los científicos no han tenido éxito en este campo.

Recientemente se realizó un nuevo estudio de fotosíntesis semi-artificial. Estuvo dirigido por científicos del St Jhon’s  College en la Universidad de Cambridge. El objetivo es buscar nuevas formas de crear y almacenar energía. Además, superar los inconvenientes de la artificial. Pues esta resulta muy costoso los catalizadores y son tóxicas.

El resultado fue satisfactorio pues se logró aumentar la cantidad de energía y almacenarla. También, se consiguió impulsar un proceso de las algas que ha estado inactivo por mucho tiempo. ´Por otro lado, según los investigadores el trabajo supera los desafíos relacionados con los componentes orgánicos, inorgánicos y biológicos. Además, crea nuevas expectativas para crear sistemas futuros de conversión de energía solar.

En conclusión, la fotosíntesis realiza una sucesión de pasos enzimáticos en la clorofila de asombrosa complejidad. Por esta razón, aporta grandes beneficios al ecosistema terrestre y a todos los seres vivos.

La fotosíntesis: Indispensable fuente de oxígeno para los seres vivos
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