La fotosíntesis
Todos los seres vivos incorporan continuamente sustancias químicas del medio para desarrollar sus diferentes procesos vitales.
En el caso de organismos autótrofos, como las plantas, las algas y algunas bacterias (cianobacterias), el proceso fundamental de su nutrición es la fotosíntesis.
La fotosíntesis consiste en una serie de reacciones químicas en las que se utilizan sustancias inorgánicas presentes en el ambiente: agua (H2O) y dióxido de carbono (CO2).
Para la ocurrencia de estas reacciones se necesita energía lumínica, la cual es transformada en energía química por los organismos fotosintéticos.
En la fotosíntesis se producen dos sustancias imprescindibles para los seres vivos del ecosistema. Asimismo, una de las sustancias producidas en la fotosíntesis es el oxígeno (O2), que se libera a la atmósfera.
Le recomendamos ver: El video La fotosíntesis
Este gas está íntimamente relacionado con el proceso de respiración celular que realizan todos los seres vivos aeróbicos.
La otra sustancia fundamental producida en la fotosíntesis es la glucosa (C6H12O6), una molécula de alto valor energético a partir de la cual se originan otras biomoléculas indispensables para los organismos, como proteínas, lípidos y otros glúcidos (como el almidón).
Estas biomoléculas, derivadas de la fotosíntesis, son la base de la nutrición de los heterótrofos.
Estructuras que participan en la fotosíntesis
Los organismos fotosintéticos tienen nutrición autótrofa, ya que son capaces de sintetizar los nutrientes necesarios para sus procesos vitales.
Para llevar a cabo este proceso, estos organismos requieren estructuras especializadas. ¿En qué organelo ocurre la fotosíntesis?
En el caso de algas y plantas, el organelo celular en el que se realiza este proceso es el cloroplasto, cuya estructura se describe a continuacion:
Ahora, el interior de los cloroplastos hay un pigmento fundamental para que la fotosíntesis se lleve a cabo, llamado clorofila.
Otros pigmentos fotosintéticos importantes son los carotenoides: los carotenos (tonalidad rojiza anaranjada) y las xantófilas (tonalidad amarillo pardo).
Entrada de agua y dióxido de carbono a la planta
¿Cómo ingresan el agua (H2O) y el dióxido de carbono (CO2) a la planta? En el caso del agua, esta ingresa por las raíces y luego es transportada hacia las hojas por conductos formados por un tejido llamado xilema.
El dióxido de carbono, que es un gas presente en la atmósfera, ingresa a través de las hojas por unos poros llamados estomas (del griego stoma, que significa boca).
Los estomas están formados por unas células llamadas células oclusivas o guardianes y permiten el intercambio de vapor de agua y otros gases entre la planta y su medio.
Las células guardianes experimentan cambios en su forma y volumen determinando así la apertura o cierre de los estomas.
Cuando la concentración de sales al interior de las células guardianes es mayor que fuera de estas, el agua ingresa a ellas por osmosis, provocando que se hinchen y se abra así el estoma.
Esto permite que el CO2 presente en la atmósfera ingrese al interior de la hoja. Por el contrario, cuando la concentración de sales es mayor fuera de las células guardianes, el agua sale de estas y el estoma se cierra.
En condiciones normales, los estomas de la mayoría de las plantas están abiertos durante el día y cerrados durante la noche. La salida de agua por los estomas se denomina transpiración.
Es importante mantener hidratadas las plantas, ya que, cuando la cantidad de agua no es suficiente, los estomas se cierran, impidiendo la entrada de CO2. Si esta situación se mantiene en el tiempo, la planta puede morir.
Fases de la fotosíntesis
Fase primaria o dependiente de luz Al interior de los cloroplastos, los pigmentos fotosintéticos se organizan formando fotosistemas, que son unidades que captan energía lumínica y se encuentran en la membrana de los tilacoides.
En cada fotosistema, la antena, que es un conjunto de pigmentos, absorbe gran parte de la energía lumínica, la modifica y la conduce hacia el centro de reacción, que es donde se encuentra una molécula de clorofila que desencadena el proceso fotosintético.
Fase secundaria o independiente de luz En esta etapa, en la que la energía lumínica no es necesaria, las moléculas de ATP y NADPH, que se sintetizaron en la fase primaria, son utilizadas en las diferentes reacciones químicas que conducen a la formación de glucosa, proceso que ocurre en el estroma.
En el ciclo de Calvin, a partir de una serie de reacciones químicas sucesivas, se sintetizan moléculas de glucosa a partir de CO2. En las reacciones químicas que conforman el ciclo de Calvin participan diversas enzimas.
La más importante de ellas se denomina ribulosa bifosfato (rubisco, en forma abreviada), y es la enzima que interviene en la reacción en que se capta CO2. Esta enzima es la proteína más abundante de los vegetales.
Balance en la fotosíntesis
En la fotosíntesis ocurren transformaciones de materia y energía. Desde el punto de vista de la materia, hay una transformación de sustancias simples e inorgánicas, como el dióxido de carbono y el agua, en sustancias orgánicas y de mayor complejidad como la glucosa.
Asimismo, la fotólisis del agua permite que se libere oxígeno al ambiente. Una vez que la planta sintetiza glucosa, esta puede utilizarse de variadas formas. Por ejemplo, la unión de numerosas moléculas de glucosa forma polímeros como el almidón y la celulosa.
El almidón es una molécula de alto valor energético, que se almacena en tejidos de reserva; y la celulosa es un constituyente de las paredes celulares y de diversos tejidos que brindan sostén a la planta.
La ecuación química que resume el proceso de fotosíntesis, que es endergónico (utiliza energía), es:
Relación entre fotosíntesis y respiración celular
Como habrás notado, existe una estrecha relación de dependencia entre la fotosíntesis y la respiración celular, dado que algunos productos de esta última (CO2 y H2 O) sirven como reactantes para la fotosíntesis y, al revés, los productos de la fotosíntesis (O2 y C6 H12O6 ) son utilizados en la respiración celular.
Al contrario de lo que muchos creen, los organismos fotosintéticos también realizan respiración celular.
La producción de glucosa y oxígeno de estos organismos es mucho mayor que la cantidad de glucosa y oxígeno ocupado por ellos para efectuar la respiración celular.