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1. ¿Qué es la fotosíntesis?
2. ¿Qué organismos realizan este proceso?
3. ¿Qué organelo celular la lleva a cabo y qué estructura tiene?
4. ¿En qué consiste el proceso?
5. ¿Hay diferentes tipos de fotosíntesis?
6. ¿Para qué se utiliza la molécula de agua?
7. ¿De dónde se obtiene el carbono que constituye a las moléculas que se
producen?
8. ¿Cuáles son los productos iniciales y finales?
9. ¿Para qué y cómo se utiliza la luz?
10. ¿Cómo se produce el oxígeno?
11. ¿Qué diferencia existe entre la fotosíntesis que realiza un nopal y el maíz?
12. ¿Por qué algunas plantas como el tilo americano, el chícharo o las habas no
crecen bien en climas áridos?
13. ¿Cuáles son los factores que influyen en la fotosíntesis?
14. ¿Qué ocurre con la fotosíntesis durante el Otoño?
15. ¿Cuál es la importancia del proceso para el mantenimiento de la vida en el
planeta?
16. ¿Qué factores ambientales pueden alterar el proceso fotosintético?
La fotosíntesis proviene (del griego antiguo υώτο
[foto], "luz", y σύνθεσις [síntesis], "unión")
•Es la conversión de energía luminosa en energía
química estable, que es utilizada en la conversión
de materia inorgánica (CO2 y H2O)
relativamente oxidada, en materia orgánica
reducida que contiene parte de la energía
capturada. La ecuación general que resume el
proceso se puede escribir:
Es un proceso que por sus resultados se puede
considerar inverso a la respiración (sustancias
orgánicas fuertemente reducidas, se transforman en
sustancias inorgánicas oxidadas y se desprende
energía, CO2 y H2O).
La primera molécula en
la que queda
almacenada esa energía
química es el ATP.
Posteriormente, el ATP se
utiliza para sintetizar
otras moléculas orgánicas
más estables. La
fotosíntesis es posible
gracias a la existencia de
unas moléculas
especiales, denominadas
pigmentos fotosintéticos,
capaces de captar la
energía luminosa.
ORGANISMOS
FOTOSINTÉTICOS
– La fotosíntesis transforma la
energía solar en energía química al
formar carbohidratos. Los
organismos fotosintéticos, como
plantas, algas y cianobacterias, son
conocidos como autótrofos porque
producen su propio alimento .
La fotosíntesis genera una gran cantidad de carbohidratos. Con
pocas excepciones se puede rastrear cualquier cadena
alimentaria a partir de plantas y algas. En otras palabras, los
productores con capacidad para sintetizar carbohidratos no
sólo se alimentan ellos mismos, sino a otros consumidores, los
cuales captan moléculas orgánicas preformadas.
De manera general los
organismos consumidores se
conocen como heterótrofos.
Tanto los autótrofos como
los heterótrofos utilizan
moléculas orgánicas
producidas por la
fotosíntesis como fuente de
construcción de bloques
para crecimiento y
reparación, así como fuente
de energía química para el
trabajo celular
Los seres autótrofos (a
veces llamados
productores) son
organismos capaces de
sintetizar todas las
sustancias esenciales
para su metabolismo a
partir de sustancias
inorgánicas, de manera
que para su nutrición no
necesitan de otros seres
vivos. El término
autótrofo procede del
griego y significa "que se
alimenta por sí mismo".
• Los organismos autótrofos
producen su masa celular y
materia orgánica, a partir
del dióxido de carbono, que
es inorgánico, como única
fuente de carbono, usando
la luz o sustancias químicas
como fuente de energía.
• Las plantas y otros
organismos que usan la
fotosíntesis son
fotolitoautótrofos; las
bacterias que utilizan la
oxidación de compuestos
inorgánicos como el
anhídrido sulfuroso o
compuestos ferrosos como
producción de energía se
llaman quimiolitotróficos.
CLOROPLASTOS
La porción verde de las plantas,
lleva acabo la fotosíntesis. La
materia prima para la fotosíntesis
consiste en agua y dióxido de
carbono. Una vez absorbida por la
raíz de la planta, el agua se mueve
por el tejido vascular hacia el tallo
y a la hoja a través de sus venas. El
dióxido de carbono del aire ingresa
en la hoja por medio de aberturas
pequeñas llamadas estomas.
Después de entrar a la hoja, el
dióxido de carbono y el agua se
difunden en los cloroplastos
(chloros, verde, y plastos, formado,
moldeado), los cuales son organelos
encargados de llevar a cabo la
fotosíntesis.
Una membrana doble rodea a cada cloroplasto y
a su interior, el cual está lleno de líquido llamado
estroma (del griego stroma, lecho, colchón). Un
sistema de membrana diferente en el estroma
forma sacos aplanados conocidos como tilacoides
(del griego thilakos, saco, y eides, semejante,
parecido) que se agrupan en algunos sitios y
forman granos, llamados así porque a los
primeros microscopistas les parecieron montones
de semillas.
http://www.educa.madrid.org/web/cc.nsdelasabiduria.madrid/Ejercicios/2b/Bio
logia/organulos/Organulos/cloroplasto.gif
Se piensa que el espacio de
cada tilacoide está
conectado con el de otros
tilacoides, de modo que
forman un
comportamiento interno en
los cloroplastos conocido
como espacio tilacoide. La
clorofila y otros pigmentos
que forman parte de la
membrana del tilacoide
son capaces de absorber la
energía solar. Esta es la
energía que dirige la
fotosíntesis.
El estroma es una solución rica en enzimas
donde el dióxido de carbono se fija primero a
un compuesto orgánico y luego se reduce a
una molécula de carbohidrato. Por tanto, es
apropiado asociar la absorción de energía
solar con las membranas del tilacoide que
forman los granos y relacionar la reducción de
dióxido de carbono a un carbohidrato con el
estroma de un cloroplasto.
Además de la clorofila
contenida en los cloroplastos
pueden existir pigmentos como
la xantofila (amarillo) y los
carotenos (naranja).
Los seres humanos y de hecho
casi todos los organismos liberan
dióxido de carbono mediante la
respiración. Éste es en parte, el
mismo dióxido de carbono que
entra en una hoja a través del
estoma y se convierte en
carbohidratos: el principal
carbohidrato formado es la
glucosa, la cual es la fuente
principal de energía para la
mayor parte de los organismos.
Funciones de los cloroplastos.
Es el orgánulo donde se realiza la fotosíntesis. Existen
dos fases, que se desarrollan en compartimentos
distintos:
· Fase luminosa: Se realiza en la membrana de los
tilacoides, donde se halla la cadena de transporte de
electrones y la ATP-sintetasa responsable de la
conversión de la energía lumínica en energía química
(ATP) y de la generación poder reductor (NADPH).
FASE OSCURA: produce en el estroma, donde se halla el
enzima rubisco, responsable de la fijación del CO2
mediante el ciclo de Calvin.
La fotosíntesis, que ocurre en los cloroplastos, es de vital
importancia porque los organismos fotosintéticos son
capaces de utilizar energía solar para producir
carbohidratos y nutrimentos orgánicos. Casi todos los
organismos dependen directa o indirectamente de estos
nutrimentos orgánicos para su sustento.
PROCESO
FOTOSINTÉTICO
4. PROCESO DE LA FOTOSÍNTESIS
La luz solar impulsa la vida en la Tierra y únicamente se
captura por fotosíntesis.
La fotosíntesis en sentido estricto es posible gracias a la
existencia de unas moléculas especiales, denominadas
pigmentos fotosintéticos, los cuales captan la energía
luminosa.
Para que la energía lumínica pueda
ser utilizada por los sistemas vivos,
primero debe ser absorbida. Aquí
entra en juego los pigmentos. Un
pigmento es cualquier sustancia que
absorba luz. El patrón de absorción
de un pigmento se conoce como
espectro de absorción de esa
sustancia. Algunos pigmentos
absorben luz de todas las longitudes,
otros solo absorben ciertas longitudes
de onda como los carotenoides.
La clorofila es el pigmento mas importante
en la fotosíntesis que es el que hace que las
hojas se vean verdes pues absorbe luz en
las longitudes de onda violeta y azul, y
también en el rojo.
La fotosíntesis comprende dos
fases: La fase fotoquímica y
una fase posterior denominada
fase biosintética.
Reacciones que capturan energía lumínica
•Ocurren solo en la presencia de luz,
La absorción de la energía lumínica es
indispensable
•Se presenta en los tilacoides
•La luz que incide sobre el Fotosistema II lanza electrones cuesta arriba. Estos
electrones son remplazados por electrones de moléculas de agua, que al
escindirse, liberan O2. los electrones luego pasan cuesta abajo, a lo largo de
una cadena de transporte de electrones, al Fotosistema I y de este nuevamente
cuesta abajo al NADP que se reduce formando NADPH. Como resultado de
este proceso se produce ATP a través de un mecanismo quimiosmótico
•La energía de la luz se convierte en energía química que se almacena en
enlaces de ATP y NADPH.
Reacciones que fijan carbono
•Algunas de las reacciones son
reguladas de forma indirecta por la
luz
•Ocurren en el estroma
•Ciclo de Calvin.
El NADPH y el ATP formados en las
reacciones que capturan energía
lumínicas utilizan para reducir el
CO2. El ciclo produce gliceraldehído
fosfato, a partir del cual pueden
formarse glucosa y otros
compuestos orgánicos
•La energía química del ATP y del
NADPH se usa para incorporar
carbonos a moléculas orgánicas
Tipos de fotosíntesis
Se distinguen dos tipos de procesos fotosintéticos:
La fotosíntesis oxigénica y la fotosíntesis anoxigénica.
Fotosíntesis oxigénica
Fotosíntesis anoxigénica
FOTOSINTESIS OXIGENICA
La fotosíntesis oxigénica es propia de las plantas superiores, las algas y
las cianobacterias, en las que el donador de electrones es el agua y,
consecuentemente se desprende oxígeno.
Es un proceso complejo y consta de varias fases pero, en esencia, se puede
resumir así:
Reacción de la fotosíntesis oxigénica
Las plantas toman dióxido o de carbono del aire y agua del
suelo y, con la energía del sol, sintetizan glucosa, un hidrato
de carbono rico en energía (E), y liberan oxígeno. Este
proceso tiene lugar en las hojas gracias a la clorofila, un
pigmento contenido en los cloroplastos, unos orgánulos
propios de las células vegetales.
Consta de dos fases: La fotoquímica y la biosintetica
Los electrones energéticos aportarán la energía química
necesaria para que los protones de hidrógeno se unan al
dióxido de carbono y formen hidratos de carbono en forma
de glucosa. Los organismos que realizan esta fotosíntesis son
las plantas (Reino Plantas), las algas (Reino Protoctistas) y
algunas bacterias (Reino Monera). A todos ellos se les
denomina comúnmente productores.
Fotosíntesis anoxigénica
•En la fotosíntesis anoxigénica o bacteriana los organismos que la
realizan no utilizan el agua como elemento dador de electrones, por
lo que no existe producción de oxígeno.
•Existen tres tipos de organismos que realizan esta fotosíntesis: las
sulfobacterias purpúreas y las sulfobacterias verdes, las cuales
emplean sulfuro de hidrógeno, y las bacterias verdes que utilizan
materia orgánica como sustancia donadora de electrones (por
ejemplo, el ácido láctico).
En el caso de las sulfobacterias purpúreas, el sulfuro de hidrógeno se
descompone de la siguiente forma:
¿Para qué se utiliza la molécula de agua?
•La molécula del agua se utiliza como dador de electrones por lo
tanto se oxida
•Como sabemos en la fase luminosa el proceso empieza con la llegada
de fotones al Fotosistema II. Esto provoca la excitación de su
pigmento blanco, la clorofila P680, que pierde tantos electrones como
fotones se han absorbido. Los electrones son captados por la feoftina
(Pheo), luego pasan a otros aceptores y finalmente a la
plastoquinona (PQ). Para reponer estos electrones de la clorofila
P680, se produce la hidrólisis de moléculas de agua, lo que se
denomina fotolisis del agua
Se obtiene del CO2 que es un gas
que se absorbe por las estomas de
las hojas y que representa la
fuente de carbono de las
moléculas orgánicas producidas
durante la fotosíntesis.
La síntesis de compuestos de carbono
se realiza mediante un proceso cíclico.
Fue descubierto por Melvin Calvin, por
lo que recibe el nombre de ciclo de
Calvin en el cual se pueden distinguir
varios pasos:
Fijación del CO2: En el estroma del
cloroplastos, el dióxido de carbono
CO2 atmosférico se une a la pentosa
ribulosa-1, 5-difosfato, gracias a la
enzima ribulosa difosfato carboxilasa
oxidasa, y da lugar a un compuesto
inestable de 6 carbonos, que se
disocia en dos moléculas de ácido 3-
fosfoglicerico. Se trata de una
molécula con 3 átomos de carbono,
por lo que las plantas que siguen esta
vía metabólica se suelen denominar
plantas C3.
Reducción del CO2 fijado: mediante
el consumo del ATP y del NADPH
obtenidos en la fase luminosa el
ácido 3-fosfoglicerico es reducido a
gliceraldeído 3-fosfato este peude
seguir dos vías: la mayor parte se
invierte en regenerar la ribulosa 1-5-
difosfato, y el resto en otras
biosíntesis como puede ser la de
almidón ácidos grasos y aminoácidos
La mayor parte se invierte en regenerar la
ribulosa 1-5-difosfato, y el resto en otras
biosíntesis como puede ser la de almidón
ácidos grasos y aminoácidos
El conjunto de reactivos que tienen lugar en la fotosíntesis vegetal se puede resumir
así:
Dióxido de carbono + Agua + Energía de la luz
•Las sustancias iniciales para que se lleve a cabo la
fotosíntesis son el dióxido de carbono el cual es
producido por los seres vivos cuando reciben
oxígeno y liberan este a la atmosfera.
• Se requiere la energía luminosa para la
excitación de electrones e iniciar al proceso
•Posteriormente se necesita la molécula de agua
para que se dé la fotolisis del agua y esta done
electrones para el proceso.
PRODUCTOS:
•El oxigeno que se libera durante la fotolisis del agua
•La primera molécula orgánica que se forma en la fotosíntesis,
a partir del ciclo de Calvin, es el gliceraldehído 3-fosfato; un
fosfato capaz de convertirse en cualquier clase de molécula
orgánica. Luego, esta molécula será la precursora de diferentes
tipos de moléculas orgánicas, algunas de las cuales únicamente
tendrán C, H y O, mientras que otras tendrán además N o S
orgánico.
• Para la síntesis de compuestos orgánicos con carbono basta
con el gliceraldehído.
Lo más común es que dos moléculas de gliceraldehído se unan
formando una molécula de glucosa, que se suele considerar
como el producto final de la fotosíntesis.
El gliceraldehído fosfato producido por el ciclo de Calvin se integra en glucosa o
fructosa. Las células vegetales usan estas sustancias para elaborar almidón,
celulosa y sacarosa; las células animales las usan para elaborar glucógeno.
Todas las células utilizan azúcares para la elaboración de otros carbohidratos,
lípidos y aminoácidos. Otra vía que puede seguir el gliceraldehído 3-fosfato es
la regeneración de la ribulosa 1-5 difosfato el cual representa la mayor parte de
esta.
•Además de los productos esenciales de la fotosíntesis se puede producir agua a
través de una proceso conocido como fotorrespiración .
Cuando hay suficiente CO2, la RuBP carboxilasa o rubisco la cual es una proteína
que constituye alrededor de 20 a 50% del contenido proteínico de los cloroplastos lo
fija eficientemente, integrándolo al ciclo de Calvin. Sin embargo, cuando la
concentración de CO2 en la hoja es baja en relación con la concentración de O2, esta
misma enzima cataliza la reacción de la RuBP con el O2 y no con el CO2.
La función de la oxigenasa se ve favorecida a temperaturas altas. Esta reacción da
comienzo a un proceso que ocurre en los peroxisomas y en las mitocondrias y que se
como fotorrespiración por el que se forman compuestos intermedios que,
consumiendo ATP, dan lugar a la producción de CO2 y agua.
Se utiliza para sintetizar ATP y NADPH.
Al incidir un fotón sobre un pigmento fotosintético, desplaza un electrón hacia un
nivel de mayor energía. El pigmento excitado puede volver a su estado original de
tres formas:
- Perdiendo la energía extra en forma de luz y calor (fluorescencia).
- Mediante una transferencia de energía por resonancia, en la que la energía (pero
no el electrón) pasa de un pigmento a otro.
- Mediante una oxidación del pigmento, al perder el electrón de alta energía, que
será captado por un transportador de electrones.
La primera molécula en la que queda almacenada esa energía
química es el ATP. Posteriormente, el ATP s utiliza para sintetizar
otras moléculas orgánicas más estables. La fotosíntesis es posible
gracias a la existencia de unas moléculas especiales, denominadas
pigmentos fotosintéticos, capaces de captar la energía luminosa.
Cuando un fotón es absorbido
por un electrón de un pigmento
fotosintético, este electrón capta
la energía del fotón y asciende a
posiciones más alejadas del
núcleo atómico, pudiendo salirse
del átomo y dejarlo ionizado. El
pigmento que contiene dicho
átomo queda con un defecto de
electrones (oxidado). La
molécula que se los repondrá se
denomina primer donador de
electrones.
Los electrones perdidos, cargados
con la energía del fotón, pasan a
una molécula denominada
primer aceptor de electrones y
luego a una serie de aceptores
que se reducen y oxidan
sucesivamente, al captar y luego
liberar dichos electrones,
formándose la denominada
cadena transportadora de
electrones.
Durante este proceso se libera la energía captada que, gracias a las
enzimas ATP-sintetasas, se aprovecha para la síntesis de ATP, en cuyos
enlaces queda almacenada. De esta manera se consigue energía química
aprovechable a partir de energía luminosa.
Se produce durante la fotolisis del
agua
El P680 se comporta como un fuerte
oxidante que, en su estado inestable es
capaz de inducir la oxidación del agua
(fotólisis del agua), en la que se
desprende oxígeno (O2) como puede
verse en la siguiente reacción:
2 H2O
O2 + 4 H+ + 4 e¯ 2 H2O
La Fotosíntesis libera O2 hacia la atmósfera a
través de los Estomas foliares, esto se realiza
gracias a la Fotólisis del agua ( lisis o ruptura de la
molécula de H20 debida a la acción de la luz
solar) si bien la molécula de H20 no se rompe por
acción directa de la luz solar sino por el poder
oxidante del pigmento P680 (clorofila a)
ionizado, este pigmento que representa la
molécula principal de clorofila en el Fotosistema II
hace que la molécula de H20 se rompa liberando
protones H, electrón y O2 que es liberado hacia la
atmósfera.
MAIZ
• La planta de maíz une primero el CO2
al fosfoenolpiruvato ( PEP) en vez de
llevarlo inmediatamente al Ciclo de Calvin,
y gracias a la estimulación de la enzima
PEP carboxilasa se forma ácido oxalacético
(compuesto de 4 carbonos) el cual
posteriormente es convertido en ácido
málico o también llamado malato. El
malato es llevado a las células de la vaina,
en donde es descarboxilado, produciendo el
CO2 necesario para el ciclo de Calvin,
además de ácido pirúvico. Este último es
enviado nuevamente al mesófilo en donde
es transformado por medio de ATP en
fosfoenolpiruvato (PEP), para quedar
nuevamente disponible para el ciclo, esta
vía, es conocida también como la Vía de
Hatch-Slack y las plantas que la utilizan se
conocen como plantas C4.
• En las plantas C4, la fijación inicial del carbono ocurre en
las células del mesófilo y el Ciclo de Calvin se lleva a
cabo en las células de la vaina, así la concentración de
CO2 en las células de la vaina es suficientemente alta
como para que se produzca fotosíntesis incluso en días
secos o calurosos , en los que los estomas están cerrados.
Por otra parte, las plantas C4 cuentan con la enzima
PEP carboxilasa que es incapaz de incorporar O2.Aùn en
concentraciones muy bajas de CO2 y en presencia de
abundante oxígeno, la enzima trabaja rápidamente
uniendo el CO2 al PEP.
• En el nopal y en muchas plantas
de ambientes secos existe una vía
metabólica llamada fotosíntesis
CAM. En este tipo de plantas, la
asimilación del CO2 ocurre de
noche, cuando, a pesar de estar
abiertos los estomas, la pérdida de
agua por traspiración es mínima.
El CO2 reacciona con el PEP en
una reacción catalizada por la
enzima PEP carboxilasa con lo que
se forma ácido málico que se
almacena en las vacuolas. Durante
el día, las vacuolas liberan el ácido
málico que luego es
descarboxilado y el CO2 así
liberado se integra al Ciclo de
Calvin.
• Generalmente, las plantas CAM se encuentran
sometidas a una intensa iluminación, a altas
temperaturas y a una falta de agua constante.
Sin embargo, se encuentran adaptadas a las
condiciones de aridez de su entorno.
La Vía de los 4 carbonos y el metabolismo CAM
son parecidos, la diferencia es que en el
metabolismo CAM las carboxilaciones están
separadas temporalmente.
• Porque pertenecen al tipo de
plantas C3 , es decir, utilizan
para fijar carbono la Vía C3
durante la fotosíntesis, y no se
encuentran adaptadas a las
altas temperaturas.
• La ruta metabólica C3 se
encuentra en los organismos
fotosintéticos como las
cianobacterias, algas verdes y
en la mayoría de las plantas
vasculares
• Las plantas vasculares son
las que presentan un
cuerpo vegetativo
diferenciado en raíz, tallo,
hoja y poseen vasos de
conducción de la savia
(fluido transportado por los
tejidos de conducción de las
plantas compuesta
principalmente por agua,
azúcares y minerales
disueltos).
• Mientras la fotosíntesis se lleva a cabo, los estomas
que son aberturas en la epidermis de las hojas y
tallos que intervienen en el intercambio gaseoso, se
encuentran cerrados debido a las altas
temperaturas, impidiendo pérdidas de agua en
forma de vapor (transpiración) en la planta.
• También se imposibilita el
intercambio de gases y por lo
tanto la entrada de CO2
atmosférico que es necesario
para la nutrición de la planta
mediante el proceso de
fotosíntesis, entonces, al no
haber nutrientes necesarios,
se altera el crecimiento de la
planta.
Se ha podido comprobar experimentalmente que en el rendimiento de la
fotosíntesis influyen los siguientes factores:
· La intensidad luminosa : Cada especie está adaptada a vivir dentro de un
intervalo de intensidad luminosa. Hay especies de penumbra y especies
fotófilas. Dentro de cada intervalo, a mayor intensidad luminosa, mayor
rendimiento, hasta superar cierto límite, en los que se produce la
fotooxidación irreversible de los pigmentos fotosintéticos. Para la misma
intensidad luminosa, las plantas C4 (adaptadas a climas secos y cálidos),
presentan mayor rendimiento que las plantas C3, y nunca llegan a la
saturación lumínica.
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· La concentración de CO2 : Si la intensidad luminosa es elevada y
constante, el rendimiento del proceso fotosintético aumenta en
relación directa con la concentración de CO2 en el aire, hasta llegar a
un cierto valor, a partir del cual el rendimiento se estabiliza.
· El tiempo de iluminación : Hay especies en las que, a mas horas
de luz, más producción fotosintética tienen. Otras, en cambio,
precisan alternarlas con horas de oscuridad.
La temperatura : Cada especie está adaptada a vivir en un
intervalo de temperaturas. Dentro de él, la eficacia del proceso
aumenta con la temperatura, debido a la mayor movilidad de las
moléculas, en la fase oscura, hasta llegar a una temperatura en que
se inicia la desnaturalización de las enzimas, y el rendimiento
lógicamente disminuye.
La concentración de O2 : Cuanto mayor es la concentración de
oxígeno en el aire, menor es el rendimiento fotosintético, debido a los
procesos de fotorrespiración.
www.exciton.cs.rice.edu/.../swgallery/aquarium/
La escasez de agua : La escasez de agua en el suelo y vapor de agua
en el aire disminuye el rendimiento fotosintético. Ello es debido a
que ante la falta de agua, se cierran los estomas para evitar la
desecación de la planta, y entonces la entrada de CO2 se ve
dificultada. Además, el aumento de la concentración de oxígeno
interno provoca la fotorrespiración. Ello explica que, en estas
condiciones, las plantas C4 sean más eficaces que las C3.
El color de la luz : la clorofila a y la clorofila B absorben energía
lumínica en la región azul y roja del espectro; los carotenos y xantofilas,
en la azul; las ficocianinas, en la región anaranjada; y las ficoeritrinas,
en la verde. Todos estos pigmentos pasan la energía a las moléculas
blanco. La luz monocromática menos aprovechable en los organismos
que carecen de ficocianinas y ficoeritrinas es la luz verde. En las
cianofíceas, que si las poseen, la luz roja estimula la síntesis de
ficocianina, y la luz verde la de ficoeritrina. Si la longitud de onda es
superior a 680 nm (rojo lejano), no actúa el PSII y, en consecuencia, solo
hay fase luminosa cíclica, y el rendimiento fotosintético disminuye
sensiblemente.
• Durante el período de latencia o estado
vegetativo, la actividad fotosintética de
la planta se reduce notablemente, ya
que la cantidad de luz decrece, pero la
planta obtiene el sustento para su
crecimiento y desarrollo de las fuentes
energéticas almacenadas en su
estructura, este proceso coincide con las
temporadas de otoño e invierno y
termina a la llegada de la primavera
que nuevamente da inicio a una gran
serie de actividades, entre ellas, la de la
renovación de la estructura de la
planta.
• Por otra parte, en el otoño, es muy
notorio un cambio de color en las hojas
de los árboles, es decir, hay un cambio
en la pigmentación. Un pigmento es
cualquier sustancia que absorbe luz.
La clorofila es el pigmento que hace que
las hojas se vean verdes, ya que refleja
la luz de éste color.
Diversos grupos de plantas y algas
tienen varios pigmentos involucrados en
la fotosíntesis. Hay varios tipos
diferentes de clorofila con una ligera
variación en su estructura molecular
• En las plantas, la clorofila a es el
pigmento involucrado directamente en
la transformación de la energía
lumínica en energía química. La
mayoría de las células fotosintéticas
también contienen un segundo tipo de
clorofila - en las plantas es la clorofila b-
y otro grupo de pigmentos llamados
carotenoides que reflejan colores rojos,
anaranjados o amarillos.
• En las hojas verdes su color está
enmascarado por las clorofilas, que son
más abundantes, sin embargo, ocurre lo
contrario en el otoño cuando las células
foliares dejan de sintetizar clorofila ( ya
que no recibe la misma cantidad de luz)
y predominan los colores de los
carotenoides.
Estos pigmentos actúan como pantallas
que transfieren la energía a la clorofila
a y así extienden la gama de luz
disponible para la fotosíntesis, ya que
absorben luz de longitud de onda
diferente a las que absorbe la clorofila.
• La fotosíntesis es el proceso más
importante para la naturaleza pues
gracias a ella no sólo existen las
plantas, sino que toda la vida en la
Tierra.
Se crean nutrientes como los
carbohidratos, más tarde aminoácidos,
nucleótidos, entre otros.
Además, la energía solar es acumulada
por la planta y al ser ésta ingerida por
los seres vivos, la energía se libera,
siendo ésta utilizada para mantener los
procesos vitales del organismo A fin de
cuenta las plantas alimentan al resto
de los seres vivos, en una primera
instancia a los herbívoros e
indirectamente a los carnívoros.
De hecho, cada año los organismos
fotosintetizadores fijan en forma de
materia orgánica en torno a 100.000
millones de toneladas de carbono.
• La fotosíntesis es el proceso bioquímico más importante de la
Biosfera por varios motivos:
1. La síntesis de materia orgánica a partir de la inorgánica se
realiza fundamentalmente mediante la fotosíntesis; luego irá
pasando de unos seres vivos a otros mediante las cadenas tróficas,
para ser transformada en materia propia por los diferentes seres
vivos.
2. Produce la transformación de la energía luminosa en energía
química, necesaria y utilizada por los seres vivos
3. En la fotosíntesis se libera oxígeno, que será utilizado en la
respiración aerobia como oxidante.
4. La fotosíntesis fue causante del cambio producido en la atmósfera
primitiva, que era anaerobia y reductora.
5. De la fotosíntesis depende también la energía almacenada en
combustibles fósiles como carbón, petróleo y gas natural.
6. El equilibrio necesario entre seres autótrofos y heterótrofos no sería
posible sin la fotosíntesis.
Se puede concluir que la diversidad de la vida existente en la Tierra
depende principalmente de la fotosíntesis.
El complejo proceso de fotosíntesis, con sus numerosos
pasos que ocurren en varias etapas y tienen lugar en
distintos compartimentos estructurales, se ve afectado
por diversos factores, tanto ambientales como
endógenos o propios de la planta.
Entre los factores ambientales principales se cuentan la luz,
que proporciona la energía necesaria; la concentración
atmosférica de CO2, que es la fuente de carbono; la
temperatura, debido a su influencia en todos los procesos
enzimáticos y metabólicos; también juegan un papel la
disponibilidad de agua, que puede afectar al grado de
apertura estomática y por tanto a la difusión del CO2, y la
disponibilidad de nutrientes
Los factores endógenos son las características propias del
vegetal (estructurales, bioquímicas, etc.) que influyen en
cualquiera de los procesos parciales de la fotosíntesis, y
resultan de la interacción entre el genotipo y el ambiente
en el que se ha desarrollado la planta. El síndrome de
caracteres anatómicos, bioquímicos y fisiológicos que
determinan que una especie sea C3, C4, o CAM es uno de los
principales factores internos que afectan al proceso
fotosintético. También influyen en la fotosíntesis la
densidad de los estomas y su sensibilidad, la edad de la
hoja y el área foliar, entre otros factores
La fotosíntesis: proceso vital que convierte la energía solar en energía química

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La fotosíntesis: proceso vital que convierte la energía solar en energía química

  • 1. 1. ¿Qué es la fotosíntesis? 2. ¿Qué organismos realizan este proceso? 3. ¿Qué organelo celular la lleva a cabo y qué estructura tiene? 4. ¿En qué consiste el proceso? 5. ¿Hay diferentes tipos de fotosíntesis? 6. ¿Para qué se utiliza la molécula de agua? 7. ¿De dónde se obtiene el carbono que constituye a las moléculas que se producen? 8. ¿Cuáles son los productos iniciales y finales? 9. ¿Para qué y cómo se utiliza la luz? 10. ¿Cómo se produce el oxígeno? 11. ¿Qué diferencia existe entre la fotosíntesis que realiza un nopal y el maíz? 12. ¿Por qué algunas plantas como el tilo americano, el chícharo o las habas no crecen bien en climas áridos? 13. ¿Cuáles son los factores que influyen en la fotosíntesis? 14. ¿Qué ocurre con la fotosíntesis durante el Otoño? 15. ¿Cuál es la importancia del proceso para el mantenimiento de la vida en el planeta? 16. ¿Qué factores ambientales pueden alterar el proceso fotosintético?
  • 2.
  • 3. La fotosíntesis proviene (del griego antiguo υώτο [foto], "luz", y σύνθεσις [síntesis], "unión") •Es la conversión de energía luminosa en energía química estable, que es utilizada en la conversión de materia inorgánica (CO2 y H2O) relativamente oxidada, en materia orgánica reducida que contiene parte de la energía capturada. La ecuación general que resume el proceso se puede escribir:
  • 4. Es un proceso que por sus resultados se puede considerar inverso a la respiración (sustancias orgánicas fuertemente reducidas, se transforman en sustancias inorgánicas oxidadas y se desprende energía, CO2 y H2O).
  • 5. La primera molécula en la que queda almacenada esa energía química es el ATP. Posteriormente, el ATP se utiliza para sintetizar otras moléculas orgánicas más estables. La fotosíntesis es posible gracias a la existencia de unas moléculas especiales, denominadas pigmentos fotosintéticos, capaces de captar la energía luminosa.
  • 7. – La fotosíntesis transforma la energía solar en energía química al formar carbohidratos. Los organismos fotosintéticos, como plantas, algas y cianobacterias, son conocidos como autótrofos porque producen su propio alimento .
  • 8. La fotosíntesis genera una gran cantidad de carbohidratos. Con pocas excepciones se puede rastrear cualquier cadena alimentaria a partir de plantas y algas. En otras palabras, los productores con capacidad para sintetizar carbohidratos no sólo se alimentan ellos mismos, sino a otros consumidores, los cuales captan moléculas orgánicas preformadas.
  • 9. De manera general los organismos consumidores se conocen como heterótrofos. Tanto los autótrofos como los heterótrofos utilizan moléculas orgánicas producidas por la fotosíntesis como fuente de construcción de bloques para crecimiento y reparación, así como fuente de energía química para el trabajo celular
  • 10. Los seres autótrofos (a veces llamados productores) son organismos capaces de sintetizar todas las sustancias esenciales para su metabolismo a partir de sustancias inorgánicas, de manera que para su nutrición no necesitan de otros seres vivos. El término autótrofo procede del griego y significa "que se alimenta por sí mismo".
  • 11. • Los organismos autótrofos producen su masa celular y materia orgánica, a partir del dióxido de carbono, que es inorgánico, como única fuente de carbono, usando la luz o sustancias químicas como fuente de energía.
  • 12. • Las plantas y otros organismos que usan la fotosíntesis son fotolitoautótrofos; las bacterias que utilizan la oxidación de compuestos inorgánicos como el anhídrido sulfuroso o compuestos ferrosos como producción de energía se llaman quimiolitotróficos.
  • 14. La porción verde de las plantas, lleva acabo la fotosíntesis. La materia prima para la fotosíntesis consiste en agua y dióxido de carbono. Una vez absorbida por la raíz de la planta, el agua se mueve por el tejido vascular hacia el tallo y a la hoja a través de sus venas. El dióxido de carbono del aire ingresa en la hoja por medio de aberturas pequeñas llamadas estomas.
  • 15.
  • 16.
  • 17. Después de entrar a la hoja, el dióxido de carbono y el agua se difunden en los cloroplastos (chloros, verde, y plastos, formado, moldeado), los cuales son organelos encargados de llevar a cabo la fotosíntesis.
  • 18. Una membrana doble rodea a cada cloroplasto y a su interior, el cual está lleno de líquido llamado estroma (del griego stroma, lecho, colchón). Un sistema de membrana diferente en el estroma forma sacos aplanados conocidos como tilacoides (del griego thilakos, saco, y eides, semejante, parecido) que se agrupan en algunos sitios y forman granos, llamados así porque a los primeros microscopistas les parecieron montones de semillas. http://www.educa.madrid.org/web/cc.nsdelasabiduria.madrid/Ejercicios/2b/Bio logia/organulos/Organulos/cloroplasto.gif
  • 19. Se piensa que el espacio de cada tilacoide está conectado con el de otros tilacoides, de modo que forman un comportamiento interno en los cloroplastos conocido como espacio tilacoide. La clorofila y otros pigmentos que forman parte de la membrana del tilacoide son capaces de absorber la energía solar. Esta es la energía que dirige la fotosíntesis.
  • 20. El estroma es una solución rica en enzimas donde el dióxido de carbono se fija primero a un compuesto orgánico y luego se reduce a una molécula de carbohidrato. Por tanto, es apropiado asociar la absorción de energía solar con las membranas del tilacoide que forman los granos y relacionar la reducción de dióxido de carbono a un carbohidrato con el estroma de un cloroplasto.
  • 21.
  • 22. Además de la clorofila contenida en los cloroplastos pueden existir pigmentos como la xantofila (amarillo) y los carotenos (naranja). Los seres humanos y de hecho casi todos los organismos liberan dióxido de carbono mediante la respiración. Éste es en parte, el mismo dióxido de carbono que entra en una hoja a través del estoma y se convierte en carbohidratos: el principal carbohidrato formado es la glucosa, la cual es la fuente principal de energía para la mayor parte de los organismos.
  • 23. Funciones de los cloroplastos. Es el orgánulo donde se realiza la fotosíntesis. Existen dos fases, que se desarrollan en compartimentos distintos: · Fase luminosa: Se realiza en la membrana de los tilacoides, donde se halla la cadena de transporte de electrones y la ATP-sintetasa responsable de la conversión de la energía lumínica en energía química (ATP) y de la generación poder reductor (NADPH).
  • 24.
  • 25. FASE OSCURA: produce en el estroma, donde se halla el enzima rubisco, responsable de la fijación del CO2 mediante el ciclo de Calvin. La fotosíntesis, que ocurre en los cloroplastos, es de vital importancia porque los organismos fotosintéticos son capaces de utilizar energía solar para producir carbohidratos y nutrimentos orgánicos. Casi todos los organismos dependen directa o indirectamente de estos nutrimentos orgánicos para su sustento.
  • 27. 4. PROCESO DE LA FOTOSÍNTESIS La luz solar impulsa la vida en la Tierra y únicamente se captura por fotosíntesis. La fotosíntesis en sentido estricto es posible gracias a la existencia de unas moléculas especiales, denominadas pigmentos fotosintéticos, los cuales captan la energía luminosa.
  • 28. Para que la energía lumínica pueda ser utilizada por los sistemas vivos, primero debe ser absorbida. Aquí entra en juego los pigmentos. Un pigmento es cualquier sustancia que absorba luz. El patrón de absorción de un pigmento se conoce como espectro de absorción de esa sustancia. Algunos pigmentos absorben luz de todas las longitudes, otros solo absorben ciertas longitudes de onda como los carotenoides. La clorofila es el pigmento mas importante en la fotosíntesis que es el que hace que las hojas se vean verdes pues absorbe luz en las longitudes de onda violeta y azul, y también en el rojo.
  • 29. La fotosíntesis comprende dos fases: La fase fotoquímica y una fase posterior denominada fase biosintética.
  • 30. Reacciones que capturan energía lumínica •Ocurren solo en la presencia de luz, La absorción de la energía lumínica es indispensable •Se presenta en los tilacoides •La luz que incide sobre el Fotosistema II lanza electrones cuesta arriba. Estos electrones son remplazados por electrones de moléculas de agua, que al escindirse, liberan O2. los electrones luego pasan cuesta abajo, a lo largo de una cadena de transporte de electrones, al Fotosistema I y de este nuevamente cuesta abajo al NADP que se reduce formando NADPH. Como resultado de este proceso se produce ATP a través de un mecanismo quimiosmótico •La energía de la luz se convierte en energía química que se almacena en enlaces de ATP y NADPH.
  • 31. Reacciones que fijan carbono •Algunas de las reacciones son reguladas de forma indirecta por la luz •Ocurren en el estroma •Ciclo de Calvin. El NADPH y el ATP formados en las reacciones que capturan energía lumínicas utilizan para reducir el CO2. El ciclo produce gliceraldehído fosfato, a partir del cual pueden formarse glucosa y otros compuestos orgánicos •La energía química del ATP y del NADPH se usa para incorporar carbonos a moléculas orgánicas
  • 32.
  • 33. Tipos de fotosíntesis Se distinguen dos tipos de procesos fotosintéticos: La fotosíntesis oxigénica y la fotosíntesis anoxigénica. Fotosíntesis oxigénica Fotosíntesis anoxigénica
  • 34. FOTOSINTESIS OXIGENICA La fotosíntesis oxigénica es propia de las plantas superiores, las algas y las cianobacterias, en las que el donador de electrones es el agua y, consecuentemente se desprende oxígeno. Es un proceso complejo y consta de varias fases pero, en esencia, se puede resumir así: Reacción de la fotosíntesis oxigénica
  • 35. Las plantas toman dióxido o de carbono del aire y agua del suelo y, con la energía del sol, sintetizan glucosa, un hidrato de carbono rico en energía (E), y liberan oxígeno. Este proceso tiene lugar en las hojas gracias a la clorofila, un pigmento contenido en los cloroplastos, unos orgánulos propios de las células vegetales. Consta de dos fases: La fotoquímica y la biosintetica
  • 36. Los electrones energéticos aportarán la energía química necesaria para que los protones de hidrógeno se unan al dióxido de carbono y formen hidratos de carbono en forma de glucosa. Los organismos que realizan esta fotosíntesis son las plantas (Reino Plantas), las algas (Reino Protoctistas) y algunas bacterias (Reino Monera). A todos ellos se les denomina comúnmente productores.
  • 37. Fotosíntesis anoxigénica •En la fotosíntesis anoxigénica o bacteriana los organismos que la realizan no utilizan el agua como elemento dador de electrones, por lo que no existe producción de oxígeno. •Existen tres tipos de organismos que realizan esta fotosíntesis: las sulfobacterias purpúreas y las sulfobacterias verdes, las cuales emplean sulfuro de hidrógeno, y las bacterias verdes que utilizan materia orgánica como sustancia donadora de electrones (por ejemplo, el ácido láctico). En el caso de las sulfobacterias purpúreas, el sulfuro de hidrógeno se descompone de la siguiente forma:
  • 38.
  • 39. ¿Para qué se utiliza la molécula de agua? •La molécula del agua se utiliza como dador de electrones por lo tanto se oxida •Como sabemos en la fase luminosa el proceso empieza con la llegada de fotones al Fotosistema II. Esto provoca la excitación de su pigmento blanco, la clorofila P680, que pierde tantos electrones como fotones se han absorbido. Los electrones son captados por la feoftina (Pheo), luego pasan a otros aceptores y finalmente a la plastoquinona (PQ). Para reponer estos electrones de la clorofila P680, se produce la hidrólisis de moléculas de agua, lo que se denomina fotolisis del agua
  • 40.
  • 41. Se obtiene del CO2 que es un gas que se absorbe por las estomas de las hojas y que representa la fuente de carbono de las moléculas orgánicas producidas durante la fotosíntesis. La síntesis de compuestos de carbono se realiza mediante un proceso cíclico. Fue descubierto por Melvin Calvin, por lo que recibe el nombre de ciclo de Calvin en el cual se pueden distinguir varios pasos:
  • 42. Fijación del CO2: En el estroma del cloroplastos, el dióxido de carbono CO2 atmosférico se une a la pentosa ribulosa-1, 5-difosfato, gracias a la enzima ribulosa difosfato carboxilasa oxidasa, y da lugar a un compuesto inestable de 6 carbonos, que se disocia en dos moléculas de ácido 3- fosfoglicerico. Se trata de una molécula con 3 átomos de carbono, por lo que las plantas que siguen esta vía metabólica se suelen denominar plantas C3. Reducción del CO2 fijado: mediante el consumo del ATP y del NADPH obtenidos en la fase luminosa el ácido 3-fosfoglicerico es reducido a gliceraldeído 3-fosfato este peude seguir dos vías: la mayor parte se invierte en regenerar la ribulosa 1-5- difosfato, y el resto en otras biosíntesis como puede ser la de almidón ácidos grasos y aminoácidos
  • 43. La mayor parte se invierte en regenerar la ribulosa 1-5-difosfato, y el resto en otras biosíntesis como puede ser la de almidón ácidos grasos y aminoácidos
  • 44.
  • 45. El conjunto de reactivos que tienen lugar en la fotosíntesis vegetal se puede resumir así: Dióxido de carbono + Agua + Energía de la luz •Las sustancias iniciales para que se lleve a cabo la fotosíntesis son el dióxido de carbono el cual es producido por los seres vivos cuando reciben oxígeno y liberan este a la atmosfera. • Se requiere la energía luminosa para la excitación de electrones e iniciar al proceso •Posteriormente se necesita la molécula de agua para que se dé la fotolisis del agua y esta done electrones para el proceso.
  • 46. PRODUCTOS: •El oxigeno que se libera durante la fotolisis del agua •La primera molécula orgánica que se forma en la fotosíntesis, a partir del ciclo de Calvin, es el gliceraldehído 3-fosfato; un fosfato capaz de convertirse en cualquier clase de molécula orgánica. Luego, esta molécula será la precursora de diferentes tipos de moléculas orgánicas, algunas de las cuales únicamente tendrán C, H y O, mientras que otras tendrán además N o S orgánico. • Para la síntesis de compuestos orgánicos con carbono basta con el gliceraldehído. Lo más común es que dos moléculas de gliceraldehído se unan formando una molécula de glucosa, que se suele considerar como el producto final de la fotosíntesis.
  • 47. El gliceraldehído fosfato producido por el ciclo de Calvin se integra en glucosa o fructosa. Las células vegetales usan estas sustancias para elaborar almidón, celulosa y sacarosa; las células animales las usan para elaborar glucógeno. Todas las células utilizan azúcares para la elaboración de otros carbohidratos, lípidos y aminoácidos. Otra vía que puede seguir el gliceraldehído 3-fosfato es la regeneración de la ribulosa 1-5 difosfato el cual representa la mayor parte de esta.
  • 48. •Además de los productos esenciales de la fotosíntesis se puede producir agua a través de una proceso conocido como fotorrespiración . Cuando hay suficiente CO2, la RuBP carboxilasa o rubisco la cual es una proteína que constituye alrededor de 20 a 50% del contenido proteínico de los cloroplastos lo fija eficientemente, integrándolo al ciclo de Calvin. Sin embargo, cuando la concentración de CO2 en la hoja es baja en relación con la concentración de O2, esta misma enzima cataliza la reacción de la RuBP con el O2 y no con el CO2. La función de la oxigenasa se ve favorecida a temperaturas altas. Esta reacción da comienzo a un proceso que ocurre en los peroxisomas y en las mitocondrias y que se como fotorrespiración por el que se forman compuestos intermedios que, consumiendo ATP, dan lugar a la producción de CO2 y agua.
  • 49.
  • 50. Se utiliza para sintetizar ATP y NADPH. Al incidir un fotón sobre un pigmento fotosintético, desplaza un electrón hacia un nivel de mayor energía. El pigmento excitado puede volver a su estado original de tres formas: - Perdiendo la energía extra en forma de luz y calor (fluorescencia). - Mediante una transferencia de energía por resonancia, en la que la energía (pero no el electrón) pasa de un pigmento a otro. - Mediante una oxidación del pigmento, al perder el electrón de alta energía, que será captado por un transportador de electrones.
  • 51. La primera molécula en la que queda almacenada esa energía química es el ATP. Posteriormente, el ATP s utiliza para sintetizar otras moléculas orgánicas más estables. La fotosíntesis es posible gracias a la existencia de unas moléculas especiales, denominadas pigmentos fotosintéticos, capaces de captar la energía luminosa.
  • 52. Cuando un fotón es absorbido por un electrón de un pigmento fotosintético, este electrón capta la energía del fotón y asciende a posiciones más alejadas del núcleo atómico, pudiendo salirse del átomo y dejarlo ionizado. El pigmento que contiene dicho átomo queda con un defecto de electrones (oxidado). La molécula que se los repondrá se denomina primer donador de electrones. Los electrones perdidos, cargados con la energía del fotón, pasan a una molécula denominada primer aceptor de electrones y luego a una serie de aceptores que se reducen y oxidan sucesivamente, al captar y luego liberar dichos electrones, formándose la denominada cadena transportadora de electrones.
  • 53. Durante este proceso se libera la energía captada que, gracias a las enzimas ATP-sintetasas, se aprovecha para la síntesis de ATP, en cuyos enlaces queda almacenada. De esta manera se consigue energía química aprovechable a partir de energía luminosa.
  • 54.
  • 55. Se produce durante la fotolisis del agua El P680 se comporta como un fuerte oxidante que, en su estado inestable es capaz de inducir la oxidación del agua (fotólisis del agua), en la que se desprende oxígeno (O2) como puede verse en la siguiente reacción: 2 H2O O2 + 4 H+ + 4 e¯ 2 H2O
  • 56. La Fotosíntesis libera O2 hacia la atmósfera a través de los Estomas foliares, esto se realiza gracias a la Fotólisis del agua ( lisis o ruptura de la molécula de H20 debida a la acción de la luz solar) si bien la molécula de H20 no se rompe por acción directa de la luz solar sino por el poder oxidante del pigmento P680 (clorofila a) ionizado, este pigmento que representa la molécula principal de clorofila en el Fotosistema II hace que la molécula de H20 se rompa liberando protones H, electrón y O2 que es liberado hacia la atmósfera.
  • 57.
  • 58. MAIZ • La planta de maíz une primero el CO2 al fosfoenolpiruvato ( PEP) en vez de llevarlo inmediatamente al Ciclo de Calvin, y gracias a la estimulación de la enzima PEP carboxilasa se forma ácido oxalacético (compuesto de 4 carbonos) el cual posteriormente es convertido en ácido málico o también llamado malato. El malato es llevado a las células de la vaina, en donde es descarboxilado, produciendo el CO2 necesario para el ciclo de Calvin, además de ácido pirúvico. Este último es enviado nuevamente al mesófilo en donde es transformado por medio de ATP en fosfoenolpiruvato (PEP), para quedar nuevamente disponible para el ciclo, esta vía, es conocida también como la Vía de Hatch-Slack y las plantas que la utilizan se conocen como plantas C4.
  • 59. • En las plantas C4, la fijación inicial del carbono ocurre en las células del mesófilo y el Ciclo de Calvin se lleva a cabo en las células de la vaina, así la concentración de CO2 en las células de la vaina es suficientemente alta como para que se produzca fotosíntesis incluso en días secos o calurosos , en los que los estomas están cerrados. Por otra parte, las plantas C4 cuentan con la enzima PEP carboxilasa que es incapaz de incorporar O2.Aùn en concentraciones muy bajas de CO2 y en presencia de abundante oxígeno, la enzima trabaja rápidamente uniendo el CO2 al PEP.
  • 60. • En el nopal y en muchas plantas de ambientes secos existe una vía metabólica llamada fotosíntesis CAM. En este tipo de plantas, la asimilación del CO2 ocurre de noche, cuando, a pesar de estar abiertos los estomas, la pérdida de agua por traspiración es mínima. El CO2 reacciona con el PEP en una reacción catalizada por la enzima PEP carboxilasa con lo que se forma ácido málico que se almacena en las vacuolas. Durante el día, las vacuolas liberan el ácido málico que luego es descarboxilado y el CO2 así liberado se integra al Ciclo de Calvin.
  • 61. • Generalmente, las plantas CAM se encuentran sometidas a una intensa iluminación, a altas temperaturas y a una falta de agua constante. Sin embargo, se encuentran adaptadas a las condiciones de aridez de su entorno. La Vía de los 4 carbonos y el metabolismo CAM son parecidos, la diferencia es que en el metabolismo CAM las carboxilaciones están separadas temporalmente.
  • 62.
  • 63. • Porque pertenecen al tipo de plantas C3 , es decir, utilizan para fijar carbono la Vía C3 durante la fotosíntesis, y no se encuentran adaptadas a las altas temperaturas. • La ruta metabólica C3 se encuentra en los organismos fotosintéticos como las cianobacterias, algas verdes y en la mayoría de las plantas vasculares
  • 64. • Las plantas vasculares son las que presentan un cuerpo vegetativo diferenciado en raíz, tallo, hoja y poseen vasos de conducción de la savia (fluido transportado por los tejidos de conducción de las plantas compuesta principalmente por agua, azúcares y minerales disueltos).
  • 65. • Mientras la fotosíntesis se lleva a cabo, los estomas que son aberturas en la epidermis de las hojas y tallos que intervienen en el intercambio gaseoso, se encuentran cerrados debido a las altas temperaturas, impidiendo pérdidas de agua en forma de vapor (transpiración) en la planta.
  • 66. • También se imposibilita el intercambio de gases y por lo tanto la entrada de CO2 atmosférico que es necesario para la nutrición de la planta mediante el proceso de fotosíntesis, entonces, al no haber nutrientes necesarios, se altera el crecimiento de la planta.
  • 67.
  • 68. Se ha podido comprobar experimentalmente que en el rendimiento de la fotosíntesis influyen los siguientes factores: · La intensidad luminosa : Cada especie está adaptada a vivir dentro de un intervalo de intensidad luminosa. Hay especies de penumbra y especies fotófilas. Dentro de cada intervalo, a mayor intensidad luminosa, mayor rendimiento, hasta superar cierto límite, en los que se produce la fotooxidación irreversible de los pigmentos fotosintéticos. Para la misma intensidad luminosa, las plantas C4 (adaptadas a climas secos y cálidos), presentan mayor rendimiento que las plantas C3, y nunca llegan a la saturación lumínica. tp://www.tuswallpapersgratis.com/wallpaper/Plantas-Al-Sol/
  • 69. · La concentración de CO2 : Si la intensidad luminosa es elevada y constante, el rendimiento del proceso fotosintético aumenta en relación directa con la concentración de CO2 en el aire, hasta llegar a un cierto valor, a partir del cual el rendimiento se estabiliza.
  • 70. · El tiempo de iluminación : Hay especies en las que, a mas horas de luz, más producción fotosintética tienen. Otras, en cambio, precisan alternarlas con horas de oscuridad.
  • 71. La temperatura : Cada especie está adaptada a vivir en un intervalo de temperaturas. Dentro de él, la eficacia del proceso aumenta con la temperatura, debido a la mayor movilidad de las moléculas, en la fase oscura, hasta llegar a una temperatura en que se inicia la desnaturalización de las enzimas, y el rendimiento lógicamente disminuye.
  • 72. La concentración de O2 : Cuanto mayor es la concentración de oxígeno en el aire, menor es el rendimiento fotosintético, debido a los procesos de fotorrespiración. www.exciton.cs.rice.edu/.../swgallery/aquarium/
  • 73. La escasez de agua : La escasez de agua en el suelo y vapor de agua en el aire disminuye el rendimiento fotosintético. Ello es debido a que ante la falta de agua, se cierran los estomas para evitar la desecación de la planta, y entonces la entrada de CO2 se ve dificultada. Además, el aumento de la concentración de oxígeno interno provoca la fotorrespiración. Ello explica que, en estas condiciones, las plantas C4 sean más eficaces que las C3.
  • 74. El color de la luz : la clorofila a y la clorofila B absorben energía lumínica en la región azul y roja del espectro; los carotenos y xantofilas, en la azul; las ficocianinas, en la región anaranjada; y las ficoeritrinas, en la verde. Todos estos pigmentos pasan la energía a las moléculas blanco. La luz monocromática menos aprovechable en los organismos que carecen de ficocianinas y ficoeritrinas es la luz verde. En las cianofíceas, que si las poseen, la luz roja estimula la síntesis de ficocianina, y la luz verde la de ficoeritrina. Si la longitud de onda es superior a 680 nm (rojo lejano), no actúa el PSII y, en consecuencia, solo hay fase luminosa cíclica, y el rendimiento fotosintético disminuye sensiblemente.
  • 75.
  • 76. • Durante el período de latencia o estado vegetativo, la actividad fotosintética de la planta se reduce notablemente, ya que la cantidad de luz decrece, pero la planta obtiene el sustento para su crecimiento y desarrollo de las fuentes energéticas almacenadas en su estructura, este proceso coincide con las temporadas de otoño e invierno y termina a la llegada de la primavera que nuevamente da inicio a una gran serie de actividades, entre ellas, la de la renovación de la estructura de la planta.
  • 77. • Por otra parte, en el otoño, es muy notorio un cambio de color en las hojas de los árboles, es decir, hay un cambio en la pigmentación. Un pigmento es cualquier sustancia que absorbe luz. La clorofila es el pigmento que hace que las hojas se vean verdes, ya que refleja la luz de éste color. Diversos grupos de plantas y algas tienen varios pigmentos involucrados en la fotosíntesis. Hay varios tipos diferentes de clorofila con una ligera variación en su estructura molecular
  • 78. • En las plantas, la clorofila a es el pigmento involucrado directamente en la transformación de la energía lumínica en energía química. La mayoría de las células fotosintéticas también contienen un segundo tipo de clorofila - en las plantas es la clorofila b- y otro grupo de pigmentos llamados carotenoides que reflejan colores rojos, anaranjados o amarillos.
  • 79. • En las hojas verdes su color está enmascarado por las clorofilas, que son más abundantes, sin embargo, ocurre lo contrario en el otoño cuando las células foliares dejan de sintetizar clorofila ( ya que no recibe la misma cantidad de luz) y predominan los colores de los carotenoides. Estos pigmentos actúan como pantallas que transfieren la energía a la clorofila a y así extienden la gama de luz disponible para la fotosíntesis, ya que absorben luz de longitud de onda diferente a las que absorbe la clorofila.
  • 80.
  • 81. • La fotosíntesis es el proceso más importante para la naturaleza pues gracias a ella no sólo existen las plantas, sino que toda la vida en la Tierra. Se crean nutrientes como los carbohidratos, más tarde aminoácidos, nucleótidos, entre otros. Además, la energía solar es acumulada por la planta y al ser ésta ingerida por los seres vivos, la energía se libera, siendo ésta utilizada para mantener los procesos vitales del organismo A fin de cuenta las plantas alimentan al resto de los seres vivos, en una primera instancia a los herbívoros e indirectamente a los carnívoros. De hecho, cada año los organismos fotosintetizadores fijan en forma de materia orgánica en torno a 100.000 millones de toneladas de carbono.
  • 82. • La fotosíntesis es el proceso bioquímico más importante de la Biosfera por varios motivos: 1. La síntesis de materia orgánica a partir de la inorgánica se realiza fundamentalmente mediante la fotosíntesis; luego irá pasando de unos seres vivos a otros mediante las cadenas tróficas, para ser transformada en materia propia por los diferentes seres vivos.
  • 83. 2. Produce la transformación de la energía luminosa en energía química, necesaria y utilizada por los seres vivos
  • 84. 3. En la fotosíntesis se libera oxígeno, que será utilizado en la respiración aerobia como oxidante.
  • 85. 4. La fotosíntesis fue causante del cambio producido en la atmósfera primitiva, que era anaerobia y reductora.
  • 86. 5. De la fotosíntesis depende también la energía almacenada en combustibles fósiles como carbón, petróleo y gas natural.
  • 87. 6. El equilibrio necesario entre seres autótrofos y heterótrofos no sería posible sin la fotosíntesis. Se puede concluir que la diversidad de la vida existente en la Tierra depende principalmente de la fotosíntesis.
  • 88.
  • 89. El complejo proceso de fotosíntesis, con sus numerosos pasos que ocurren en varias etapas y tienen lugar en distintos compartimentos estructurales, se ve afectado por diversos factores, tanto ambientales como endógenos o propios de la planta.
  • 90. Entre los factores ambientales principales se cuentan la luz, que proporciona la energía necesaria; la concentración atmosférica de CO2, que es la fuente de carbono; la temperatura, debido a su influencia en todos los procesos enzimáticos y metabólicos; también juegan un papel la disponibilidad de agua, que puede afectar al grado de apertura estomática y por tanto a la difusión del CO2, y la disponibilidad de nutrientes
  • 91. Los factores endógenos son las características propias del vegetal (estructurales, bioquímicas, etc.) que influyen en cualquiera de los procesos parciales de la fotosíntesis, y resultan de la interacción entre el genotipo y el ambiente en el que se ha desarrollado la planta. El síndrome de caracteres anatómicos, bioquímicos y fisiológicos que determinan que una especie sea C3, C4, o CAM es uno de los principales factores internos que afectan al proceso fotosintético. También influyen en la fotosíntesis la densidad de los estomas y su sensibilidad, la edad de la hoja y el área foliar, entre otros factores