La fotosíntesis
Valentina camina por el Jardín Botánico de Caracas y se pregunta de dónde sale el oxígeno que respira y de dónde saca un araguaney la materia para crecer, si no come nada. La respuesta está en sus hojas: ahí la luz del sol se convierte en alimento. Al final de la página volverás a esta pregunta.
Qué es la fotosíntesis y dónde ocurre
Las plantas, las algas y algunas bacterias son autótrofas: fabrican su propia materia orgánica. Para eso usan la energía del Sol, que es la fuente de energía de casi toda la vida en la Tierra.
$$6\,\text{CO}_2 + 6\,\text{H}_2\text{O} \xrightarrow{\text{luz}} \text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 + 6\,\text{O}_2$$En esta reacción el agua se oxida (pierde electrones y libera $\text{O}_2$) y el $\text{CO}_2$ se reduce (gana electrones y hidrógeno y forma glucosa). Por eso la fotosíntesis es una reacción de anabolismo: construye una molécula grande y rica en energía, y para ello necesita energía luminosa.
Ocurre en el cloroplasto, un organelo de las células vegetales. Dentro tiene:
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Tilacoides: sacos aplanados con membranas que contienen la clorofila.
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Granos: pilas de tilacoides, como monedas apiladas.
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Estroma: el líquido que rodea a los granos.
Escribe la ecuación global de la fotosíntesis oxigénica e indica qué molécula se oxida y cuál se reduce en el proceso.
Escribe la ecuación global de la fotosíntesis oxigénica e indica qué molécula se oxida y cuál se reduce en el proceso.
Pigmentos y fotosistemas
La luz blanca mezcla colores, cada uno con su longitud de onda. La clorofila, el pigmento principal de las plantas, absorbe sobre todo la luz roja y azul-violeta y refleja la verde. Por eso las hojas se ven verdes. Está en las membranas de los tilacoides.
Las membranas de los tilacoides son el lugar adecuado para la fase luminosa por tres razones: contienen los pigmentos y los fotosistemas, tienen las cadenas que transportan electrones y las enzimas que fabrican ATP. Además, al estar apilados en granos, ofrecen una gran superficie para captar luz.
¿Qué pigmento principal capta la luz en las plantas verdes y en qué estructura de la célula se encuentra? ¿Qué colores (longitudes de onda) de la luz absorbe…
¿Qué pigmento principal capta la luz en las plantas verdes y en qué estructura de la célula se encuentra? ¿Qué colores (longitudes de onda) de la luz absorbe preferentemente y cuál refleja?
¿Qué es un fotosistema y qué contiene en su centro de reacción? Explica qué le ocurre a la clorofila cuando absorbe la energía de la luz.
¿Qué es un fotosistema y qué contiene en su centro de reacción? Explica qué le ocurre a la clorofila cuando absorbe la energía de la luz.
¿Qué son los tilacoides y qué son los granos? Explica por qué las membranas de los tilacoides son el lugar adecuado para la fase luminosa de la fotosíntesis.
¿Qué son los tilacoides y qué son los granos? Explica por qué las membranas de los tilacoides son el lugar adecuado para la fase luminosa de la fotosíntesis.
Las dos fases de la fotosíntesis
La fotosíntesis se divide en dos fases que trabajan juntas y en lugares distintos del cloroplasto.
| Fase luminosa | Ciclo de Calvin (fase oscura) | |
|---|---|---|
| Dónde | Membranas de los tilacoides | Estroma |
| Qué entra | Luz y agua | $\text{CO}_2$, ATP y NADPH |
| Qué sale | ATP, NADPH y $\text{O}_2$ | Carbohidratos (glucosa) |
Nombra las dos grandes fases de la fotosíntesis, indica en qué parte del cloroplasto ocurre cada una y qué se produce en cada fase.
Nombra las dos grandes fases de la fotosíntesis, indica en qué parte del cloroplasto ocurre cada una y qué se produce en cada fase.
En el esquema de un cloroplasto se señalan dos estructuras con los números 1 y 2. Identifícalas y explica qué procesos fotosintéticos ocurren en cada una,…
En el esquema de un cloroplasto se señalan dos estructuras con los números 1 y 2. Identifícalas y explica qué procesos fotosintéticos ocurren en cada una, relacionándolos con las flechas de entrada y salida que aparecen en el esquema.
La fase luminosa
Cuando la luz excita la clorofila de los fotosistemas, esta cede electrones. Esos electrones viajan por una cadena de transporte de la membrana del tilacoide hasta formar NADPH. Pero la clorofila debe recuperar los electrones que pierde. ¿De dónde salen?
$$2\,\text{H}_2\text{O} \xrightarrow{\text{luz}} 4\,\text{H}^+ + 4\,e^- + \text{O}_2$$El destino de cada producto de la fotólisis:
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Electrones: reponen los del fotosistema II, pasan por la cadena de transporte hasta el fotosistema I y terminan en el $\text{NADP}^+$, que forma NADPH.
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Protones: se acumulan dentro del tilacoide. Al salir por una proteína llamada ATP sintasa, impulsan la fabricación de ATP.
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Oxígeno: se libera como $\text{O}_2$ a la atmósfera.
Explica qué es la fotólisis del agua, en qué fase y lugar del cloroplasto ocurre, y cuál es el destino de los electrones, de los protones y del oxígeno que se generan.
Explica qué es la fotólisis del agua, en qué fase y lugar del cloroplasto ocurre, y cuál es el destino de los electrones, de los protones y del oxígeno que se generan.
El ciclo de Calvin
En el estroma, el $\text{CO}_2$ del aire (que entra por los estomas de la hoja) se une a una molécula de cinco carbonos con ayuda de la enzima RuBisCO. Es la fijación del carbono. Luego, el ATP aporta energía y el NADPH aporta hidrógeno y electrones para reducir esos compuestos y obtener azúcares de tres carbonos. La mayor parte de ellos regenera la molécula inicial y así el ciclo continúa. El resto sirve para fabricar glucosa y otros carbohidratos como almidón y celulosa.
Piénsalo como una fábrica: la fase luminosa es la planta eléctrica (produce ATP y NADPH) y el ciclo de Calvin es la línea de ensamblaje (con esa energía arma la glucosa a partir del $\text{CO}_2$).
Indica qué dos productos de la fase luminosa utiliza el ciclo de Calvin y para qué los emplea en la síntesis de carbohidratos.
Indica qué dos productos de la fase luminosa utiliza el ciclo de Calvin y para qué los emplea en la síntesis de carbohidratos.
Factores que afectan la fotosíntesis
La velocidad de la fotosíntesis cambia según el ambiente. Los factores principales son:
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Intensidad de la luz: más luz, más ATP y NADPH, hasta un máximo.
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Concentración de $\text{CO}_2$: más $\text{CO}_2$ permite fijar más carbono, hasta un máximo.
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Temperatura: las enzimas funcionan mejor en un rango. Con demasiado calor se desnaturalizan y la velocidad cae.
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Disponibilidad de agua: con poca agua la planta cierra sus estomas, entra menos $\text{CO}_2$ y baja la fotosíntesis.
El factor limitante es el que está en menor cantidad respecto a lo que la planta necesita: él fija la velocidad. Mientras no se mejora, aumentar los otros factores casi no cambia nada. Es como un equipo de béisbol con muy buenos bateadores pero un solo lanzador: manda el eslabón más débil.
Nombra tres factores ambientales que influyan en la velocidad de la fotosíntesis y explica brevemente cómo actúa uno de ellos.
Nombra tres factores ambientales que influyan en la velocidad de la fotosíntesis y explica brevemente cómo actúa uno de ellos.
En los invernaderos se enriquece el aire con $\text{CO}2$ y se suplementa con luz artificial. a) Razona, a partir del concepto de factor limitante, por qué estas medidas…
En los invernaderos se enriquece el aire con $\text{CO}_2$ y se suplementa con luz artificial. a) Razona, a partir del concepto de factor limitante, por qué estas medidas solo aumentan la cosecha hasta cierto punto. b) Indica qué factor podría pasar a ser limitante después de aplicarlas. c) Explica por qué elevar demasiado la temperatura puede reducir la producción aunque haya luz y $\text{CO}_2$ abundantes.
Fotosíntesis, respiración y la historia de la atmósfera
La fotosíntesis y la respiración celular son procesos casi opuestos y se complementan.
| Fotosíntesis | Respiración celular | |
|---|---|---|
| Organelo | Cloroplasto | Mitocondria (y citosol) |
| Materia que entra | $\text{CO}_2$ y $\text{H}_2\text{O}$ | Glucosa y $\text{O}_2$ |
| Materia que sale | Glucosa y $\text{O}_2$ | $\text{CO}_2$ y $\text{H}_2\text{O}$ |
| Energía | Se almacena (luz → glucosa) | Se libera (glucosa → ATP) |
| Tipo | Anabolismo | Catabolismo |
Los productos de una son los reactivos de la otra. Las plantas hacen las dos: fotosíntesis en las células con cloroplastos y respiración en todas sus células.
Casi todo el oxígeno de la atmósfera procede de la fotosíntesis. Explica de qué molécula se libera ese $\text{O}2$ y razona por qué la aparición de la fotosíntesis…
Casi todo el oxígeno de la atmósfera procede de la fotosíntesis. Explica de qué molécula se libera ese $\text{O}_2$ y razona por qué la aparición de la fotosíntesis oxigénica fue un hito en la historia de la Tierra.
Vuelve al principio: el oxígeno que Valentina respira sale del agua que rompen las hojas en la fase luminosa. Y el araguaney crece porque con el $\text{CO}_2$ del aire y la energía del Sol arma su propia glucosa en el ciclo de Calvin.