FOTOSÍNTESIS

FOTOSÍNTESIS

Explicación breve
- La fotosíntesis es un proceso en virtud del cual los organismos con
clorofila, como las plantas verdes, las algas y algunas bacterias,
capturan energía en forma de luz y la transforman en energía
química. Prácticamente toda la energía que consume la vida de la
biosfera terrestre la zona del planeta en la cual hay vida procede de
la fotosíntesis.
- La fotosíntesis se realiza en dos etapas: una serie de reacciones que
dependen de la luz y son independientes de la temperatura, y otra
serie que dependen de la temperatura y son independientes de la
luz. La velocidad de la primera etapa, llamada reacción lumínica,
aumenta con la intensidad luminosa (dentro de ciertos límites), pero
no con la temperatura. En la segunda etapa, llamada reacción en la
oscuridad, la velocidad aumenta con la temperatura (dentro de
ciertos límites), pero no con la intensidad luminosa.

Generalidades
En algas eucarióticas y en plantas, la fotosíntesis se lleva a cabo en
un orgánulo especializado denominado cloroplasto. Este orgánulo
que está delimitado por dos membranas (envueltas de los
cloroplastos) que lo separan del citoplasma circundante. En su
interior se encuentra una fase acuosa con un elevado contenido en
proteínas e hidratos de carbono (estroma del cloroplasto) y una serie
de membranas denominadas tilacoides.
Los tilacoides contienen los pigmentos (sustancias coloreadas)
fotosintéticos y proteínas necesarios para captar la energía de la luz.
El principal de esos pigmentos es la clorofila, de color verde, de la
que existen varios tipos (bacterioclorofilas y clorofilas a, b, c y d).

Generalidades
La fotosíntesis se divide en dos fases. La primera ocurre en los
tilacoides, en donde se capta la energía de la luz y ésta es
almacenada en dos moléculas orgánicas sencillas (ATP y NADPH). La
segunda tiene lugar en el estroma y las dos moléculas producidas en
la fase anterior son utilizadas en la asimilación del CO 2 atmosférico
para producir hidratos de carbono e indirectamente el resto de las
moléculas orgánicas que componen los seres vivos (aminoácidos,
lípidos, nucleótidos, etc.).
Tradicionalmente, a la primera fase se le denominaba fase luminosa
y a la segunda fase oscura de la fotosíntesis. Sin embargo, la
denominación como "fase oscura" de la segunda etapa es
incorrecta, porque actualmente se conoce que los procesos que la
llevan a cabo solo ocurren en condiciones de iluminación. Es más
preciso referirse a ella como fase de fijación del dióxido de carbono
(ciclo de Calvin) y a la primera como "fase fotoquímica" o reacción
de Hill.

Generalidades
En la fase luminosa o fotoquímica, la energía de la luz
captada por los pigmentos fotosintéticos unidos a proteínas y
organizados en los denominados "fotosistemas" (ver más
adelante), produce la descomposición del agua, liberando
electrones que circulan a través de moléculas
transportadoras para llegar hasta un aceptor final (NADP + )
capaz de mediar en la transformación del CO 2 atmosférico (o
disuelto en el agua en sistemas acuáticos) en materia
orgánica.
Este proceso luminoso está también acoplado a la formación
de moléculas que funcionan como intercambiadores de
energía en las células (ATP). La formación de ATP es necesaria
también para la fijación del CO 2 .

Descubrimiento
Como muchos otros descubrimientos, el de la fotosíntesis se realizó
antes de que su concepto fuera esbozado.
En 1771, el inglés Priestley, preocupado por las teorías de la época
sobre el flogisto y la naturaleza del aire, comienza una serie de
experimentos que no tienen mucho que ver con la fotosíntesis. Se
ocupa de lo que denomina la «bondad» del aire, es decir, su utilidad
para la respiración. Con este fin, pone un ratón bajo una campana
de vidrio y observa que su respiración disminuye en una quinta parte
el volumen total de aire; luego pone una planta, y descubre que este
volumen se recupera. Sus medidas sólo son, por tanto, cuantitativas,
puesto que no descubrirá el oxígeno hasta tres años después.

INGEN HOUSZ
En 1779, el holandés Ingen Housz, retoma las obser-vaciones
de Priestley y descubre que las plantas producen mucho
oxígeno de día, pero que, por la noche, producen anhídrido
carbónico, introduciendo los conceptos de respiración diurna
y respiración nocturna.
Basándose en su descubrimiento, llega a la hipótesis de que
el oxígeno que se desprende durante el día proviene de la
descomposición del agua.
Ingen Housz se da cuenta asimismo de que las partes no
verdes de las plantas siempre producen anhídrido carbónico.
Se halla, por tanto, sobre la pista del papel de la clorofila,
pero detiene en este punto su excelente observación.

LAS ETAPAS FINALES
Las etapas más importantes son los descubrimientos de las fases de la
fotosíntesis, que inician el ruso Timiriasev (1877) y el alemán
Engelmann (1881) y que continúan los america-nos Blackmann
(1905), Emerson (1921) y Arnold (1924).
Estos botánicos establecen que la clorofila capta primero la energía
solar, pasando a un estado de activación molecular; uno de los
electrones se escapa de la molécula y toma parte en la hidrólisis del
agua, lo que provoca una cadena de reacciones químicas que
preparan la segunda fase, en la que un azúcar se hidroliza en
presencia de anhídrido carbónico para formar otros azúcares.

¿QUÉ ES LA FOTOSÍNTESIS?
Los cloroplastos tienen
la capacidad de
convertir la energía
luminosa en energía
química mediante el
proceso de la
fotosíntesis, el cual se
efectúa mediante dos
tipos de reacciones, las
luminosas y las oscuras.

¿QUÉ ORGANISMOS REALIZAN ESTE
PROCESO?
Las plantas, las algas y
ciertas bacterias son los
organismos que pueden
realizar este proceso.
A este tipo de organismo
se les llama autótrofos,
organismos que pueden
producir sus propios
alimentos a partir de
materias primas
inorgánicas, y por lo tanto
no dependen de otros
organismos para su
nutrición.

¿QUÉ ORGANULO CELULAR LA LLEVA ACABO Y
QUÉ ESTRUCTURA TIENE?
Los cloroplastos los
cuales se encuentran en
células vegetales y en
organismos muy sencillos.
Como algas y protozoos.
Los cloroplastos contienen
la clorofila, en el interior
de los cloroplastos se
pueden observar los
tilacoides . Varios
tilacoides semejan pilas
de monedas, cada pila
de monedas es una
grana. Las granas están
rodeadas de una
sustancia gelatinosa
llamada estroma.

FASE FOTOQUÍMICA
• La energía luminosa que absorbe la clorofila se
transmite a los electrones externos de la molécula.
• Esta energía puede ser empleada en la síntesis de
ATP (Adenosin Tri fosfato) mediante la
fotofosforilación, y en la síntesis de NADPH
.(Nicotinamida adenina dinucleótido fosfato)
• Ambos compuestos son necesarios para la
siguiente fase o ciclo de calvin, donde se
sintetizarán los primeros azúcares que servirán
para la producción de sacarosa y almidón.

Existen dos variantes de fosforilación: acíclica y
cíclica, según el tránsito que sigan los electrones a
través de los fotosistemas. Las consecuencias de
seguir un tipo u otro estriban principalmente en la
producción o no de NADPH y en la liberación o no
de O2.

FASE LUMINOSA
En la etapa clara la luz que "golpea" a la clorofila
excita a un electrón a un nivel energético superior. En
una serie de reacciones la energía se convierte (a lo
largo de un proceso de transporte de electrones ) en
ATP y NADPH. El agua se descompone en el proceso
liberando oxígeno como producto secundario de la
reacción. El ATP y el NADPH se utilizan para fabricar los
enlaces C-C en la etapa oscura.
Los fotosistemas son los conjuntos de moléculas de
clorofila y otros pigmentos empaquetados en los
tilacoides. En el "corazón" del fotosistema se encuentra
la clorofila que absorbe la luz para convertirse en una
forma "activada". La energía contenida en esta clorofila
activada se utiliza para hacer funcionar la maquinaria
química de la cual depende gran parte de la vida.

FASE LUMINOSA
El fotosistema I usa la clorofila a en una forma denominada P700. El
Fotosistema II usa una forma de clorofila conocida como P680.
Ambas formas "activas" de la clorofila a funcionan en la fotosíntesis
debido a su relación con las proteínas de la membrana tilacoide.
La energía de la luz causa la eliminación de un electrón de una
molécula de P680 que es parte del Fotosistema II, el electrón es
transferido a una molécula aceptora (aceptor primario), y pasa luego
cuesta abajo al Fotosistema I a través de una cadena transportadora
de electrones. La P680 requiere un electrón que es tomado del agua
rompiéndola en iones H + y iones O -2 . Estos iones O -2 se combinan
para formar O 2 que se libera a la atmósfera.
La luz actúa sobre la molécula de P700 del Fotosistema I,
produciendo que un electrón sea elevado a un potencial mas alto.
Este electrón es aceptado por un aceptor primario (diferente del
asociado al Fotosistema II).

FASE LUMINOSA
El electrón pasa nuevamente por una serie de reacciones
redox, y finalmente se combina con NADP + e H + para formar
NADPH, un portador de H necesario en la fase independiente
de la luz.
Electrón del fotosistema II reemplaza al electrón excitado de
la molécula P700.
Existe por lo tanto un continuo flujo de electrones (no cíclico)
desde el agua al NADPH, el cual es usado para la fijación del
carbono.

FASE LUMINOSA
Los fotones inciden sobre el fotosistema, excitando
y liberando dos electrones, que pasan al primer
aceptor de electrones, la feofitina.
Los electrones los repone el primer dador de
electrones, el dador Z , con los electrones
procedentes de la fotólisis del agua en el interior del
tilacoide(la molécula de agua se divide en 2H+ +
2e- + 1/2O2
Los protones de la fotólisis se acumulan en el interior
del tilacoide, y el oxígeno es liberado.

FASE OSCURA
En esta fase, se va a utilizar la energía química
obtenida en la fase luminosa, en reducir CO2, Nitratos
y sulfatos y asimilar los bioelementos C, H, y S, con el
fin de sintetizar glúcidos, aminoácidos y otras
sustancias.
El proceso de reducción del carbono es cíclico y se
conoce como Ciclo de Calvin., en honor de su
descubridor M. Calvin.

IMAGEN RECUPERADA
DE.HTTP://KAMBRY.ES/APUNTES%20WEB/PAGINAS%20WEB%20DE%20MATEMATICAS/ANALISIS_ALGEBRA/IMAGENES/BIOLOGIA/FOTOSIN
TESIS/CICLO_CALVIN.JPG

ECUACIONES RESUMIDAS DE LA
FOTOSÍNTESIS
REACCIONES FOTODEPENDIENTES
12H2O+12NADP++18ADP+18Pi 6 O2+12 NADPH+18 ATP
CICLODE CALVIN:
12NADPH+18ATP+6CO 2
ECUACIÓN GLOBAL
LUZ
C 6 H 12 O 6 +12 NADP + +18 ADP + 18 P i +6H 2 O
6CO 2 +12H 2 O C 6 H 12 O 6 +6 O 2 + 6H 2 O
LUZ

TIPOS DE FOTOSÍNTESIS
Fotosíntesis vegetal
Las plantas toman dióxido 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.

Fotosíntesis bacteriana
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).

IMPORTANCIA DE LA MOLÉCULA DE
AGUA
Es absorbida por las raíces y es el
solvente que transporta las sales
minerales en el interior de la
planta.
Los electrones del agua son
utilizados para reponer los
electrones que se desprenden de
la clorofila durante la fase
luminosa.
Los Protones sirven para formar un
gradiente quimiosmótico para la
formación del ATP. Cada átomo
de oxígeno se une a otro
(Proveniente de otra molécula de
agua) para formar el oxígeno
molecular que se libera a la
atmósfera y constituye el oxígeno
que respiramos.

PROCEDENCIA DEL CARBONO
UTILIZADO EN LA FOTOSÍNTESIS
• CO2
- Producto de desecho de la
respiración.
- Utilizado para la formación de
glucosa.
- Su utilización no requiere la presencia
de luz, por lo que la glucosa se
produce durante la reacción oscura
de la fotosíntesis.
- Estomas: Aberturas localizadas en
mayor proporción en el envés de las
hojas.
-Son el sitio por donde se realiza el
intercambio de gases de las plantas
(entra el CO2 para la fotosíntesis y
sale el O2 producido).

PRODUCTOS INICIALES Y FINALES DE LA
FOTOSÍNTESIS
* Se necesitan
Clorofila, fotones (luz solar) y
agua.
* Productos iniciales
Materia inorgánica: Agua, CO2 y
sales minerales.
* Productos finales
Materia orgánica: Azúcares
(glucosa), ácidos grasos,
aminoácidos y O2.

LA LUZ EN LA FOTOSÍNTESIS
La fotosíntesis es una reacción
endergónicarequiere energía.
Energíaproviene de la luz del Sol
es captada por la clorofilala
transforma en energía química.
REACCIONES DE LUZ
En los procesos que dependen de la
luz, cuando un fotón es capturado
por un pigmento fotosintético, se
produce la excitación de un electrón,
el cual es elevado desde su estado
basal respecto al núcleo a niveles de
energía superior, pasando a un
estado excitado. Después de una
serie de reacciones de oxidoreducción,
la energía del electrón se
convierte en ATP y NADPH.

¿CÓMO SE UTILIZA LA LUZ?
Pigmento:
- Cualquier sustancia que absorbe luz.
- El color de un pigmento es el
resultado de la longitud de onda
reflejada (no absorbida).
En los grana de los cloroplastos
clorofilas a y b (pigmento verde de
todas las células fotosintéticas) y
algunos pigmentos accesorios.
- Funcionan como antenas receptoras
de luz y de concentración de
energía.

¿CÓMO SE UTILIZA LA LUZ?
Primeras reaccionesLuz = Fase Luminosa (en la membrana
de los grana).
Parte de los productosestroma del cloroplastoNo luz = Fase
oscura.
Fase Luminosa
Reacciones
cíclicas Fotosíntesis Fotosistema I
Reacciones
no cíclicas
Fotosíntesis Fotosistema I y II
•Fotosistemas
- Se localizan en la membrana de los grana de los cloroplastos.
- Cada fotosistema está formado por tres partes: el centro de
reacción, la trampa energética y el sistema de transporte de
electrones

¿COMO SE PRODUCE EL OXIGENO?
Parte del oxígeno se origina como subproducto
de la fotosíntesis. La ecuación general muestra el
proceso de las plantas verdes:
6 CO2 + 6H2O -à C6H12O6 + 6O2
El oxígeno que produce la fotosíntesis proviene
del agua que es oxidada por deshidrogenación.
Este proceso es endotérmico.

FASES LUMINOSAS Y SINTÉTICA DE LA
FOTOSÍNTESIS. SUSTRATO Y PRODUCTOS DE
AMBAS ETAPAS E INTERRELACIÓN ENTRE LAS
MISMAS.

FACTORES QUE INFLUYEN EN LA
FOTOSÍNTESIS
1. Intensidad luminosa: La actividad fotosintética aumenta con
la intensidad luminosa hasta alcanzar un límite máximo
característico de cada especie. Para una misma intensidad
luminosa, el rendimiento fotosintético es superior en las
plantas adaptadas a climas secos y calurosos.
Concentración de CO2: La actividad fotosintética aumenta
conforme va creciendo la concentración de CO2, hasta
alcanzar un límite en el que se estabiliza.

3. Temperatura: Como toda actividad enzimática, la fotosíntesis
aumenta con la temperatura hasta alcanzar un límite máximo
(variable según las especies de climas cálidos, templados o
fríos), por encima del cual se produce la desnaturalización de los
enzimas.
4. Fotoperíodo: El rendimiento está en relación directa a las horas
de exposición a la luz que tenga la planta.

5. Humedad ambiental: Cuando hay escasez de agua, los
estomas (aberturas de la epidermis de las zonas verdes de las
plantas superiores) se cierran para evitar pérdidas de agua
por transpiración, lo cual dificulta el paso de CO2 y la
actividad fotosintética disminuye.
6. Concentración de O2 : si aumenta baja el rendimiento
fotosintético debido a las pérdidas por fotorrespiración.

FOTOSÍNTESIS DURANTE EL OTOÑO
Cuando el verano acaba y llega el otoño, los días se hacen cada
vez más cortos y la luz es cada vez menos intensa. Esta es la
manera con la cual los árboles "saben" que se deben preparar
para el invierno.
En invierno no hay la suficiente luz o agua como para hacer la
fotosíntesis. Los árboles descansarán y vivirán con el alimento que
almacenaron durante el verano. Así, en otoño empiezan a cerrar
sus fábricas de comida.

La clorofila de las hojas desaparece y, poco a poco, a medida
que su color verde se desvanece, empezamos a ver colores
naranjas y amarillos. Estos colores ya existían durante el verano,
pero no los podíamos ver porque quedaban cubiertos por el
verde de la clorofila.
Los rojos brillantes y los lilas corresponden a sustancias fabricadas
exclusivamente en otoño. En algunos árboles, como los arces, la
glucosa queda atrapada en las hojas cuando la fotosíntesis se
para. La luz del Sol y las noches frías del otoño hacen que la
glucosa se vuelva roja. El marrón que aparece en las hojas de
algunos árboles, como los robles, proviene de productos de
desecho que se acumulan en las hojas.

IMPORTANCIA DE LA FOTOSÍNTESIS
PARA EL MANTENIMIENTO DE LA VIDA
EN EL PLANETA
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 de 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 oxigeno, que será utilizado en la
respiración aerobia como oxidante.
4.- La fotosíntesis fue causante del cambio producido en la
atmosfera 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.
7.- Se vuelve a utilizar el CO2, producido por los animales y por los
procesos de putrefacción o descomposición. De otra manera el
CO2, saturaría el planeta.
8.- Se restituye el oxigeno al aire y se hace posible la respiración.
En general, la diversidad existente en la Tierra depende
principalmente de la fotosíntesis.

FACTORES AMBIENTALES PUEDEN ALTERAR EL
PROCESO FOTOSINTÉTICO
Luz: Puede afectar la fotosíntesis por tres de sus propiedades: calidad,
cantidad y duración. La luz blanca contiene todo el espectro visible y
la calidad de luz necesaria para estimular los pigmentos
fotosintéticos.
La cantidad de luz se refiere a la intensidad luminosa. Cuando ésta
aumenta la fotosíntesis también lo hace, pero si la intensidad de la luz
es excesiva esta frena el proceso fotosintético.
La duración de la luz, es decir las horas de exposición a la luz durante el
día, son también un factor importante para la fotosíntesis. En invierno,
por ejemplo, la menor cantidad de luz reduce la tasa fotosintética,
por lo que las plantas consumen sus reservas.

La disponibilidad de agua: Este factor afecta cuando las células
fotosintéticas sufren deficiencias. Corresponde principalmente al
agua absorbida por las raíces.
La temperatura: es un factor ambiental muy variable; como los
anteriores puede variar durante el día o a lo largo de un año. Los
diferentes climas hacen variar la temperatura. Existen plantas de
zonas frías que pueden realizar fotosíntesis a 0ºC y otras adaptadas
a altas temperaturas (como las plantas del desierto o plantas C4)
que producen fotosíntesis entre los 15 y 35º C.

¿Qué le debemos a la fotosíntesis?
La fotosíntesis probablemente sea el proceso bioquímico de la
biosfera más importante 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.