La fotosíntesis
Un maizal en una cooperativa de Pinar del Río crece de unas semillas a una planta de dos metros en pocos meses. ¿De dónde sale toda esa materia, si el suelo casi no pierde masa? La respuesta está en las hojas, y es la base de toda la energía que circula en un ecosistema.
La ecuación global y los pigmentos
Sumerge una rama de una planta acuática en agua iluminada y verás subir burbujas continuas que cesan al apagar la luz. ¿Qué gas es, y de qué materias procede la masa que gana la planta?
$$6\,\mathrm{CO_2}+6\,\mathrm{H_2O}\xrightarrow{\text{luz}}\mathrm{C_6H_{12}O_6}+6\,\mathrm{O_2}$$En palabras: dióxido de carbono más agua, con energía de la luz, producen glucosa y oxígeno. Los reactivos son el CO₂ y el H₂O, los productos son la glucosa y el O₂, y la fuente de energía es la luz solar.
Las plantas no son las únicas: las algas y el fitoplancton de mares y lagos también fotosintetizan, y producen gran parte del oxígeno del planeta.
La respiración celular, el proceso complementario
Los organismos necesitan energía útil. En la respiración celular, tanto de plantas como de animales, las moléculas del alimento (como la glucosa) se rompen y se libera energía que la célula puede usar.
$$\mathrm{C_6H_{12}O_6}+6\,\mathrm{O_2}\rightarrow 6\,\mathrm{CO_2}+6\,\mathrm{H_2O}+\text{energía}$$Las plantas hacen las dos cosas: fotosintetizan cuando hay luz y respiran todo el tiempo. Los animales solo respiran (los animales se estudian en Biología 2, en 8.° grado). Juntas, fotosíntesis y respiración son las dos etapas del ciclo del carbono: la primera saca carbono de la atmósfera y lo pone en moléculas orgánicas; la segunda lo devuelve.
| Fotosíntesis | Respiración celular | |
|---|---|---|
| Dónde | Cloroplastos | Mitocondrias (y citoplasma) |
| Reactivos | CO₂ y H₂O | Glucosa y O₂ |
| Productos | Glucosa y O₂ | CO₂, H₂O y energía útil |
| Energía | Se capta (luz) y se almacena | Se libera |
| Quién | Organismos fotosintéticos | Casi todos los organismos |
En otoño, en las especies caducifolias de clima templado, la clorofila se degrada antes que los carotenoides y aparecen los amarillos y naranjas que antes quedaban tapados. En Cuba, con poco cambio entre estaciones, esto se ve poco, pero algunas hojas, como las del almendro, se ponen amarillas o rojizas antes de caer.
La clorofila está en los cloroplastos (un tipo de plastidios), los orgánulos donde ocurre la fotosíntesis. Las clorofilas a y b absorben luz azul-violeta y roja; los carotenoides absorben sobre todo azul y verde-azulado. Todos reflejan o transmiten luz verde (la clorofila) o amarilla-naranja (los carotenoides), y ese es el color que vemos. El gráfico de cuánta luz absorbe un pigmento según su color se llama espectro de absorción.
Escribe la ecuación química global de la fotosíntesis e identifica los reactivos, los productos y la fuente de energía del proceso.
Escribe la ecuación química global de la fotosíntesis e identifica los reactivos, los productos y la fuente de energía del proceso.
¿Qué pigmento captura la luz en la fotosíntesis y en qué orgánulo celular se encuentra? Explica por qué las hojas son verdes y qué ocurre con ese color en otoño en las…
¿Qué pigmento captura la luz en la fotosíntesis y en qué orgánulo celular se encuentra? Explica por qué las hojas son verdes y qué ocurre con ese color en otoño en las especies caducifolias.
Por qué importa la fotosíntesis
Pensando en materia, energía y atmósfera, la fotosíntesis es imprescindible por tres razones:
-
Materia: convierte carbono inorgánico (CO₂) en materia orgánica. Con ella se forman la planta y, al comerla, los herbívoros y toda la red trófica. La masa de una planta viene sobre todo del CO₂ y del agua, no del suelo.
-
Energía: transforma la energía de la luz en energía química almacenada en las moléculas orgánicas. Es la entrada de energía de casi todos los ecosistemas.
-
Atmósfera: libera O₂, que usamos para respirar, y retira CO₂, un gas de efecto invernadero.
Cita y explica tres razones por las que la fotosíntesis es imprescindible para la vida en la Tierra, pensando en la materia, la energía y la atmósfera.
Cita y explica tres razones por las que la fotosíntesis es imprescindible para la vida en la Tierra, pensando en la materia, la energía y la atmósfera.
El cloroplasto: tilacoides y estroma
La estructura explica la función. La fotosíntesis ocurre en los cloroplastos, orgánulos de las células vegetales y de las algas. Es una de las «estructuras responsables» de capturar la energía solar.
De la hoja al ciclo del carbono
Las hojas intercambian gases con el aire a través de los estomas, pequeños poros de la epidermis. Por ellos entra el CO₂ y sale el O₂ (y vapor de agua). El agua llega por los nervios, y la glucosa formada viaja también por los nervios hacia otras partes de la planta.
Si se talan grandes extensiones de bosque, por ejemplo en la Amazonia, hay menos plantas que retiren CO₂ y produzcan O₂: el CO₂ de la atmósfera aumenta. Además, al quemar la madera se libera más CO₂.
La fotosíntesis es la puerta de entrada del carbono a la biosfera: el carbono del CO₂ atmosférico pasa a los azúcares, de ahí a la red trófica y, por la respiración y la descomposición, regresa a la atmósfera. Verás este ciclo completo en otros epígrafes del curso.
El esquema muestra el intercambio de materia en una hoja durante la fotosíntesis. a) Indica qué sustancia transporta la flecha marcada con «?» que sale por el nervio y…
El esquema muestra el intercambio de materia en una hoja durante la fotosíntesis. a) Indica qué sustancia transporta la flecha marcada con «?» que sale por el nervio y hacia qué partes de la planta viaja. b) Escribe la ecuación global del proceso y relaciona cada flecha con los reactivos o productos. c) Nombra la estructura de la epidermis por la que entra el $\text{CO}_2$.
Factores limitantes
En un laboratorio, al iluminar una planta con focos cada vez más potentes, la tasa fotosintética sube al principio y luego se estanca en una meseta. ¿Por qué más luz deja de acelerar el proceso?
Los factores principales son:
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Luz: con poca luz, la tasa crece casi proporcional a ella; con mucha, se satura (la maquinaria de captura y las enzimas ya trabajan al máximo) y una luz excesiva puede incluso dañar la clorofila.
-
CO₂: entra por los estomas. Si los estomas se cierran para ahorrar agua, el CO₂ escasea. Cuando el CO₂ es abundante la tasa sube hasta llegar a una meseta, y a partir de ahí más CO₂ no ayuda.
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Temperatura: las reacciones dependen de enzimas; con frío van lentas y con calor excesivo las enzimas se dañan.
Esto explica por qué la productividad cambia entre ecosistemas: la Ciénaga de Zapata, con mucha luz, calor y agua, fotosintetiza mucho más que una zona seca en tiempo de sequía, donde la falta de agua y los estomas cerrados limitan el proceso.
Investigar con datos
Para saber si una hoja hizo fotosíntesis se busca almidón, la reserva que forma la planta con la glucosa. El lugol (yodo) lo tiñe de azul-negro. Primero hay que quitar la clorofila (con alcohol caliente), porque el verde taparía el color. Si se usa una hoja variegada, con zonas blancas sin clorofila, solo se tiñen las zonas verdes que recibieron luz: las blancas no fotosintetizan y quedan sin teñir.
Diseña un experimento con una planta acuática (Elodea) para medir cómo varía la fotosíntesis con la distancia a una lámpara: hipótesis, variable independiente, cómo se…
Diseña un experimento con una planta acuática (Elodea) para medir cómo varía la fotosíntesis con la distancia a una lámpara: hipótesis, variable independiente, cómo se mide el ritmo (burbujas de $\text{O}_2$ por minuto), dos controles necesarios y una limitación del método.
Una hoja variegada tiene zonas blancas sin clorofila. Tras unas horas de luz, se decolora y se tiñe con lugol. Predice qué zonas se teñirán de azul-negro, explica qué…
Una hoja variegada tiene zonas blancas sin clorofila. Tras unas horas de luz, se decolora y se tiñe con lugol. Predice qué zonas se teñirán de azul-negro, explica qué demuestra el resultado (¿qué detecta el lugol?) y por qué hay que eliminar antes la clorofila de la hoja.
Para saber cómo influye un factor hay que cambiar solo una variable, medir el resultado y mantener todo lo demás constante. Estos son datos simulados de intercambio neto de O₂ (unidades arbitrarias por minuto) de una planta acuática a temperatura y CO₂ constantes:
| Luz relativa | Réplica 1 | Réplica 2 | Réplica 3 | Media |
|---|---|---|---|---|
| 0 | −2 | −1 | −3 | −2 |
| 1 | 3 | 4 | 5 | 4 |
| 2 | 7 | 8 | 9 | 8 |
| 3 | 8 | 9 | 10 | 9 |