C. Descripción de la fotosíntesis

• Concepto
Ampliamente la fotosíntesis es uno de los procesos metabólicos que usan las células para obtener energía. Es en pocas palabras el único mecanismo del que dispone el mundo viviente para la producción de energía utilizable. Un proceso, mediante el cual los seres vivos que poseen clorofila, (como las plantas verdes, algas y algunas bacterias) y otros pigmentos, (como los carotenos y las xantofilas) captan energía luminosa procedente del sol (en forma de cuantos y fotones) y la transforman en energía química (ATP) y en compuestos reductores (NADPH), y con ellos transforman el agua y el CO2 en compuestos organicos reducidos (glucosa y otros), liberando oxígeno.

La fotosíntesis es el proceso por el cual los vegetales con clorofila convierten la energía luminosa en energía química. Para ello sintetizan -es decir, elaboran- sustancias organicas a partir de otras inorganicas. Las plantas sintetizan hidratos de carbono a partir de agua y dióxido de carbono, y en el curso de ese proceso liberan oxígeno. Esta acción de transformación de sustancias inorganicas, que toman del ambiente, en tejido organico, sólo puede ser realizada por las plantas y ciertos organismos unicelulares. Los vegetales sirven de alimento a los animales herbívoros, y éstos a los carnívoros, por lo que la fotosíntesis constituye necesariamente el punto de partida de todas las cadenas tróficas (alimentarias).

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• Estructura de la hoja
Las hojas son los principales órganosfotosintéticos. La estructura de la hoja esta vinculada a la función de la fotosíntesis. Las hojas permiten el acceso del bióxido de carbono a las células fotosintéticas. El oxígeno que es un producto de la fotosíntesis, sale de la hoja. Demuestre su conocimiento de la estructura de la hoja, colocando las etiquetas en los lugares correctos.

Del latín “Folia”. La hoja es un órgano de las plantas briofitas, pteridofitas y fanerógamas, generalmente plan y simétrico, que crece en los extremos de las ramas o en los tallos y que realiza principalmente las funciones de transpiración y fotosíntesis.
La hoja es la estructura principal de las plantas, esta encargada de llevar a cabo la tarea de nutrir a la planta, a través de la fotosíntesis. Se divide en
Estomas: Son los poros de la hoja, por medio de ellos el oxígeno que se separa del agua sale a la atmósfera. Se encargan también de la transpiración. Los estomas se abren y cierran de acuerdo a las necesidades de la planta y a las condiciones climaticas.
Sistema Vascular: Acarrea los productos de la fotosíntesis a otras partes de la planta.
Camaras Aéreas: Amplios espacios por los que se realiza la absorción del bióxido de carbonos.
Meatos Aéreos: Espacios rodeados por las células poliédricas que forman el Parenquimia o tejido conjuntivo de la planta.
Vasos Liberolenosos: Sirven para la circulación de la savia.
ParenquimiaEmpalizada: Se encuentra cerca de la Epidermis Superior y tiene una orientación vertical y estan arregladas en forma compacta.
Cutícula: Capaque cubre la Epidermis Superior.
Desde el exterior las principales partes de la hoja son:
-Peciolo une la hoja al Tallo
-Foliolo o Lamina
• Estructura del cloroplasto
Los cloroplastos son organulos aún mayores y se encuentran en las células de plantas y algas, pero no en las de animales y hongos. Su estructura es aún mas compleja que la mitocondrial: ademas de las dos membranas de la envoltura, tienen numerosos sacos internos formados por membrana que encierran el pigmento verde llamado clorofila. Desde el punto de vista de la vida terrestre, los cloroplastos desempeñan una función aún mas esencial que la de las mitocondrias: en ellos ocurre la fotosíntesis; esta función consiste en utilizar la energía de la luz solar para activar la síntesis de moléculas de carbono pequeñas y ricas en energía, y va acompañado de liberación de oxígeno. Los cloroplastos producen tanto las moléculas nutritivas como el oxígeno que utilizan las mitocondrias.
Imagen que muestra las estructuras internas que componen al cloroplasto. Los Organelos con membrana son un conjunto de estructuras que tienen en común estar rodeadas por membrana celular, envolviendo su contenido interno. El cloroplastos, es un organelo con doble membrana, exclusivos de las células de tipo vegetal. Su interior (estroma) esta recorrido por membranas internas llamadas tilacoides. En estas membranas se encuentran los pigmentos fotosintéticos y los citocromos transportadores de electrones para efectuar la fase luminosa de la fotosíntesis; en el estroma serealizan las reacciones del ciclo de Calvin para fijar el CO2 en la fase oscura de la fotosíntesis.
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• Elementos que intervienen en la fotosíntesis
RADIACIÓN(luz):
Las plantas utilizan la radiación que se encuentra entre 400y 700nm para realizar la fotosintesis.
existe el llamado punto de compensación, que es el valor de radiación para el cual la fotosintesis es cero (depende del tipo de planta)Por ejemplo una planta, igual a una radiacion 402nm no es capaz de realizar la fotosintesis.
A mayr radiación mayor poder fotosintético; pero existe tambien el llamado punto de saturación que es un valor de radiación por encima del cual aunque la radiación aumente no aumenta la fotosintesis, e incluso en lagunas plantas a radiación muy alta la fotosintesis disminuye.
Existen dos tipos de pantas en función de como se comportan respecto a la radiacion, las llamadas plantas de sol (heliófitas) y las plantas de sombra(Esciofitas); en una misma planta existen hojas de sol, las que se situanmas arriba, y hojas de sombra, situadas en la parte inferior de la planta.
Las plantas de sombra poseen puntos de compensación y de saturación muy bajos y las de sol muy latos.
Estas últimas se pueden comportar como plantas de sombra cuando hay baja radiación, realizando una serie de transformaciones:
- hojas mas delgadas y con mayor superficie
- aumenta el contenido de clorofila en peso seco
- reducción de proteinas
- poseen un mecanismo de respiración mas bajos
Las plantas de sombra si se cultivan bajo unaradiación alta no se adaptan y sintetizan mucho menos
- DIOXIDO DE CARBONO:
A mayor CO2 mayor tasa de fotosíntesis (tambien depende del tipo de planta)
Punto de saturación: en condiciones normlesno existe saturación, pero si puede llegar a haber un punto d etoxicidad (peor e snecesario concentraciones muy altas para esto)
A mayor CO2 menos oxigeno, por lo que se reduce la fotorrespiuración y se favorece la fotosíntesis bruta
Fotosintesis neta = fotosintesis bruta -fotorespiración (solo se realiza en algunas plantas)- respiración mitocondrial
-TEMPERATURA:
Influye sobre cada uno d elos factores que interviene en la fotosíntesis neta. A mayor temperatura mayor velocidad de fotosíntesis, pero para cada tipo de planta existen temperaturas optimas y temperaturas limitantes (por encima o por debajo de estas no hay fotosintesis

• Pigmentos fotosintéticos
Entre todos los caracteres mas externos de los vegetales, el mas notable y característico es probablemente el color. El color no es únicamente un caracter llamativo de la vegetación, sino que, ademas, algunos de los pigmentos que lo condicionan estan estrechamente ligados a las actividades fisiológicas del propio vegetal. Por consiguiente, el estudio de cómo las plantas viven y se desarrollan requieren el previo conocimiento de los pigmentos vegetales.
¿Qué son los pigmentos?
Si es posible encontrar en el reino vegetal todos los matices y combinaciones de colores del espectro, existe un predominio general de los colores primarios: verde, amarillo, rojo,azul. Estos colores son conferidos a los vegetales por determinados compuestos químicos definidos, llamados pigmentos.
El color particular que presenta un determinado órgano vegetal depende generalmente del predominio de uno u otro o la combinación de ellos. Se debe tener claro que cuando un vegetal presenta un color blanco, es debido a la falta de tales pigmentos.La luz solar que incide sobre ellas no es absorbida selectivamente como ocurre en las partes coloreadas, sino que es transmitida o reflejada practicamente sin sufrir modificación.
Las Clorofilas. El color verde tan uniformemente presente en los vegetales es debido a la presencia de dos pigmentos estrechamente emparentados llamadosclorofila a y clorofila b. Se encuentran practicamente en todas las plantas con semilla, helechos, musgos y algas. Pueden formarse en las raíces, tallos, hojas y frutos a condición de que estos órganos estén situados por encima del suelo y queden expuestos a la luz. También aunque aparentemente falten en algunas hojas de color rojo o amarillo, cuando se extraen las otras sustancias colorantes de estas, puede comprobarse incluso allí la presencia de las clorofilas, que estaban enmascaradas por los demas pigmentos.
Para poder captar la energía del sol, las plantas requieren de pigmentos, los cuales ademas les dan el color característico. Pero ¿cómo saber, cuales pigmentos estan presentes en una planta o alga Para ello existen algunas técnicas, una de ellas es la cromatografía, la cual nos permitira en la actividad,determinar los pigmentos presentes en dos algas.
• Fases del proceso de la fotosíntesis

La primera fase es un proceso que depende de la luz (reacciones luminosas), requiere la energía directa de la luz que genera los transportadores que son utilizados en la segunda fase. La fase independiente de la luz (reacciones de oscuridad), se realiza cuando los productos de las reacciones de luz son utilizados para formar enlaces covalentes carbono-carbono (C-C), de los carbohidratos.
Las reacciones oscuras pueden realizarse en la oscuridad, con la condición de que la fuente de energía (ATP) y el poder reductor (NADPH) formados en la luz se encuentren presentes. Investigaciones recientes sugieren que varias enzimas del ciclo de Calvin, son activadas por la luz mediante la formación de grupos -SH ; de tal forma que el termino reacción de oscuridad no es del todo correcto. Las reacciones de oscuridad se efectúan en el estroma; mientras que las de luz ocurren en los tilacoides.
- Luminosa
La fase lumínica de la fotosíntesis es una etapa en la que se producen reacciones químicas con la ayuda de la luz solar y la clorofila.
La clorofila es un compuesto organico, formado por moléculas que contienen atomos de carbono, de hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y magnesio.
Estos elementos se organizan en una estructura especial: el atomo de magnesio se sitúa en el centro rodeado de todos los demas atomos.
En ella participa la luz solar. La clorofila -que es una sustancia organica- capta la energía solar (luz), la luzprovoca la ruptura de la molécula de agua, es decir se rompe el enlace químico que une el hidrógeno con el oxígeno. Debido a esto, se libera oxígeno hacia el medio ambiente. La energía no ocupada se almacena en una molécula especial llamada ATP. El hidrógeno que se produce al romperse la molécula de agua se guarda, al igual que el ATP, para ser ocupado en la segunda etapa de la fotosíntesis.
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- Oscura
La fase oscura de la fotosíntesis es una etapa en la que no se necesita la luz, aunque también se realiza en su presencia. Ocurre en los cloroplastos y depende directamente de los productos obtenidos en la fase lumínica.
En esta fase, el hidrógeno formado en la fase anterior se suma al dióxido de carbono gaseoso (CO2) presente en el aire, dando como resultado la producción de compuestos organicos, principalmente carbohidratos; es decir, compuestos cuyas moléculas contienen carbono, hidrógeno y oxígeno.
Dicho proceso se desencadena gracias a una energía almacenada en moléculas de ATP que da como resultado el carbohidrato llamado glucosa (C6HI2O6), un tipo de compuesto similar al azúcar, y moléculas de agua como desecho.
Después de la formación de glucosa, ocurre una secuencia de otras reacciones químicas que dan lugar a la formación de almidón y varios carbohidratos mas.
A partir de estos productos, la planta elabora lípidos y proteínas necesarios para la formación del tejido vegetal, lo que produce el crecimiento.
Cada uno de estos procesos no requiere de la participación de luz ni de la clorofila,y por ende se realiza durante el día y la noche. Por ejemplo, el almidón producido se mezcla con el agua presente en las hojas y es absorbido por unos tubitos minúsculos que existen en el tallo de la planta y, a través de éstos, es transportado hasta la raíz donde se almacena. Este almidón es utilizado para fabricar celulosa, el principal constituyente de la madera.

• Factores que alteran la fotosíntesis
- Intensidad luminosa y velocidad dela fotosíntesis
1.-Intensidad Luminosa: Los experimentos de Blackman se incluía que en la fotosíntesis actúan dos procesos: uno oscuro (dependientes de la concentración de CO2) y otro luminoso. Mientras que la velocidad del primero es fuertemente afectada por la temperatura, la velocidad del proceso luminoso es poco afectada por ella. Experimentos posteriores han confirmado la utilidad de la separación conceptual de ambos procesos, oscuro y luminoso.
En el primer proceso, las llamadas 'reacciones luminosas', los protones derivados del agua se utilizan en la síntesis quimiostatica de ATP a partir de ADP y Pi, en tanto un atomo de hidrógeno del agua se utiliza para la reducción de NADP+ a NADPH. Las reacciones se caracterizan por la producción, dependiente del a luz, de oxigeno gaseoso que deriva de la ruptura de las moléculas de agua. Estas reacciones son posibles debido a que los organismos fotosintéticos pueden recolectar la energía luminosa mediante varios procesos y la utilizan para conducir reacciones metabólicas.
La energía lumínica se transforma en energíaquímica cuando mueve electrones mas lejos de sus núcleos atómicos: Recuérdese que cuando mas lejos esta un electrón del núcleo mas energía química retiene.
La energía adicional retenida por el electrón desplazado se libera cuando el electrón se mueve mas cerca del núcleo del otro atomo: La energía liberada es capturada y utilizada para formar las moléculas transportadoras especiales, ATP o NADPH, las cuales luego son usadas en las reacciones independientes de la luz.
Las reacciones de fotosíntesis dependientes de la luz tienen lugar en membranas, donde enzimas y otras moléculas que promueven las reacciones son embebidas. En los cloroplastos de las plantas y las algas, estas membranas son bolsas aplanadas, llamadas tilacoides, que se organizan en pilas llamadas granas.

- Concentración de dióxido decarbono
El dióxido de carbono (CO2) es un gas incoloro, denso y poco reactivo. Forma parte de la composición de la tropósfera (capa de la atmósfera mas próxima a la Tierra) actualmente en una proporción de 350 ppm. (partes por millón). Su ciclo en la naturaleza esta vinculado al del oxígeno.
El balance del dióxido de carbono es sumamente complejo por las interacciones que existen entre la reserva atmosférica de este gas, las plantas que lo consumen en el proceso de fotosíntesis y el transferido desde la tropósfera a los océanos.
El aumento del contenido de dióxido de carbono que se verifica actualmente es un componente del cambio climatico global, y posiblemente el mejor documentado. Desde mediados delsiglo XIX hasta hoy, el aumento ha sido de 80 ppm.

- Temperatura y velocidad de la fotosíntesis
La fotosíntesis como muchos procesos metabólicos, se incrementa en razón directa al aumento de temperatura ambiental sin embargo, este efecto no es sostenido ya que todas las plantas tienen un límite superado el cual, la fotosíntesis deja de incrementarse y, mas aún, puede cesar.
Las plantas C4 viven en lugares mas calidos y pueden llevar a cabo la fotosíntesis a mayor temperatura que las plantas C3.
Si la temperatura baja drasticamente, la planta conserva el agua en su interior y esta se convierte rapidamente en cristales de hielo, que destruyen las células.
Ciertas plantas resisten mejor el frío que otras ya que genéticamente estan provistas con mecanismos metabólicos mediante los cuales pueden sintetizar compuestos que actúan como protectores y permiten el sobreenfriamiento de la savia sin que se alteren las células.
Algunas estructuras como las vellosidades que presentan algunas plantas articas, funcionan como ‘trampas’ de calor que impiden que la planta se congele durante el frío invierno.
Se ha observado que cuando se calienta un líquido éste tiende a aumentar su ritmo de actividad. La corrientes de convección son un ejemplo de esto. En la difusión, partículas de solutos y solventes se mueven a través de la membrana. El tamaño de la partícula que pasa a través de la membrana depende del número y tamaño de las aberturas de la membrana. También puede depender de 12 actividad de la molécula.