Fotosíntesis

Todos los organismos vivos que podemos observar en nuestro plante incluyendo también a los seres humanos, necesitan de la energía para poder ocasionar las diferentes reacciones metabólicas que participan en el crecimiento, desarrollo y la reproducción. Sin embargo, los organismos no pueden utilizar energía de la luz directamente para cumplir con todas sus necesidades metabólicas, ya que la energía debe primero transformarse en energía química y para ello es necesario el proceso conocido como fotosíntesis.

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¿Qué es la fotosíntesis?

Es el proceso impulsado por la energía por medio del cual la energía de la luz es transformada en energía química en forma de azúcares formando moléculas de glucosa y azucares a partir de agua, dióxido de carbono liberando al mismo tiempo oxígeno como subproducto.

En qué consiste

La fotosíntesis es un proceso químico utilizado por las plantas por medio del cual se produce energía química de la energía lumínica solar. Por medio de esta energía, las plantas logran convertir el agua del suelo y el dióxido de carbono del aire en glucosa, un nutriente importante que les brinda energía y produce celulosa. La fotosíntesis es el proceso químico de mayor relevancia por medio del cual se sintetizan sustancias orgánicas a partir de la energía lumínica solar.

Características de la fotosíntesis

Las principales características de la fotosíntesis son las siguientes:

• Casi toda la energía que consumen los seres vivos en la biosfera procede de la fotosíntesis.
• La unidad estructural de la fotosíntesis es el cloroplasto.
• Tienen sacos aplanados o vesículas llamadas tilacoides, que contienen pigmentos fotosintéticos.
• Se produce energía química a partir de la energía lumínica solar.
• Es el proceso químico más importante en la Tierra, porque por medio de él se sintetizan sustancias orgánicas a partir de la energía lumínica solar.
• La fuente de energía de la fotosíntesis es la luz del sol y su principal fuente de hidrógeno es el agua.
• Es considerada como la forma básica de nutrición del reino Plantae.
• Tiene una fase luminosa y una fase oscura.

Origen

Se cree que el origen de la fotosíntesis se encuentra en los eucariotas. Varios estudios moleculares señalan el origen de las plantas verdes en la era Precámbrica, aunque científicos afirmar haber encontrado fósiles mucho tiempo antes que podrían ser atribuidos a ancestros de los clorobiontes.

Historia

En la Antigua Grecia, fue Aristóteles quien propuso una hipótesis que decía que la luz solar estaba relacionada con el color verde de las plantas. Volvió a ser analizada en el siglo XVII, cuando Stephen Hales, hizo mención a la hipótesis afirmando que el aire que penetraba por medio de las hojas en los vegetales era usado como fuente de alimento.

En el año 1778, el médico Jan Ingenhousz hizo experimentos sobre la producción de oxígeno por las plantas. Descubrió que las plantas, cuando eran iluminadas con luz solar, liberaban aire con oxígeno. También concluyó que la fotosíntesis se realizaba en las partes verdes de la planta.

Jean Senebier, estableció la necesidad de la luz para la asimilación de dióxido de carbono y el desprendimiento de oxígeno y estableció que aún en condiciones de iluminación, si no se suministra CO2, no se registra desprendimiento de oxígeno. En 1905, Frederick Frost Blackman pudo medir la velocidad a la que se produce la fotosíntesis en diferentes condiciones. En 1920, Cornelius Bernardus van Niel propuso que el oxígeno liberado en la fotosíntesis provenía del agua y no del dióxido de carbono. En 1937, Robert Hill demostró que los cloroplastos son capaces de producir oxígeno en ausencia de dióxido de carbono

Un personaje importante en el estudio fue el fisiólogo vegetal Daniel Arnon quien usó componentes de las hojas de las espinacas para llevar a cabo la fotosíntesis en ausencia total de células para explicar cómo asimilaban el dióxido de carbono y cómo forman ATP.

Para qué sirve

El proceso de la fotosíntesis sirve para que las plantas sean capaces de alimentarse, crecer y desarrollarse, y gracias a ellas las plantas verdes son capaces de transformar el agua y el anhídrido carbónico en oxígeno y sustancias ricas en energía. Sirve además para poder obtener oxígeno en la atmósfera, necesario para el correcto desarrollo de los seres vivos. Es parte fundamental de la vida del hombre, pues por medio de ella las plantas pueden crecer y convertirse en una de las fuentes de alimento más importante que tiene el hombre.

Elementos de la fotosíntesis

Los siguientes son los elementos necesarios para la fotosíntesis:

• La luz: es necesaria pues las plantas realizan la fotosíntesis dependiendo de la cantidad de luz que reciben.
• La temperatura: debe de oscilar entre los 10º y los 35º C. pues caso contario, las enzimas podrían llegar a dañarse.
• Pigmentos fotosintéticos: el principal de ellos es la clorofila que es la molécula que permite la captación de energía proveniente del sol durante el proceso de fotosíntesis.
• Dióxido de carbono: La fotosíntesis puede fortalecerse cuando se aumenta la cantidad de CO2, hasta que se logra llegar a un nivel que permite estabilizar el rendimiento del proceso.
• Agua: cuando hay poca agua entonces los estomas de cierran y no permiten el adecuado intercambio de gases entre las hojas y la atmósfera.
• Minerales: cuando hay muy poca cantidad de Calcio, Nitrógeno y Magnesio, se produce una afectación en el desarrollo de las plantas.

Qué organismos realizan la fotosíntesis

Los organismos que son capaces de realizar la fotosíntesis son conocidos con el nombre de foto autótrofos y se componen de plantas verdes, algas y algunas bacterias. El proceso es realizado por algas verdes azules, bacterias verdes y bacterias purpúreas y por organismos eucariotas tanto unicelulares como los euglenoideas, dinoflagelados y diatomeas como por las algas pluricelulares que pueden ser verdes, rojas y pardas y por las plantas verdes superiores. Existen también algunos organismos protistas que son capaces de producir fotosíntesis pues tienen una estructura similar a la de las plantas como por ejemplo las algas Euglena y Volvox. También, algunos tipos de bacterias como las cianobacterias.

Donde se realiza la fotosíntesis

La fotosíntesis se realiza principalmente en los cloroplastos que contienen las hojas de las plantas. Las hojas poseen una epidermis conocida con el nombre de mesófilo o capa media, las cuales poseen haces vasculares que son los canales por donde viajan las sustancia nutritivas y el agua y los estomas, que son los agujeros que hacen posible el intercambio gaseoso.

Tipos

Básicamente existen dos tipos de fotosíntesis: la fotosíntesis anoxigénica bacteriana o en la que no se produce oxígeno y la fotosíntesis oxigénica o vegetal, en la que se desprende oxígeno y que es la más habitual.

Fotosíntesis vegetal

Las plantas toman el dióxido de carbono que se encuentra en el aire y en el agua del suelo y, utilizando la energía del sol, sintetizan la glucosa, el cual es rico en energía y liberan oxígeno. Es un proceso que se da en las hojas gracias a la clorofila, un pigmento contenido en los cloroplastos.

Fotosíntesis bacteriana

En la fotosíntesis anoxigénica o bacteriana los organismos no utilizan el agua como un elemento proveedor de electrones, por lo que no se produce oxígeno. Son tres los organismos que realizan este tipo de fotosíntesis: las sulfobacterias purpúreas y las sulfobacterias verdes y las bacterias verdes que utilizan materia orgánica como sustancia donadora de electrones.

Proceso o etapas

Existen dos diferentes fases en el proceso de la fotosíntesis, éstas son las siguientes:

• Fase luminosa: se da la participación de la luz solar. Se produce en los tilacoides del cloroplasto, que son sacos inmersos en una solución llamada estroma. La clorofila capta la luz solar y ésta rompe la molécula de agua produciendo la separación hidrógeno del del oxígeno. El oxígeno se libera hacia la atmósfera y la energía que no es utilizada se almacenada en moléculas de ATP.
• Fase oscura: no necesita de la energía solar. Se produce en el estroma del cloroplasto y en ella, el hidrógeno que surgió de la fase luminosa se suma al dióxido de carbono produciendo compuestos orgánicos, principalmente carbohidratos.

Fórmula

El proceso de la fotosíntesis necesita de diferentes tipos de reacciones químicas para que pueda llevarse a cabo de manera correcta, y puede ser expresado utilizando la siguiente fórmula química:

Dióxido de Carbono + Agua (+Luz del Sol) → Glucosa + Oxígeno

6 CO2 + 6 H2O → C6H12O6 + 6 O2

El proceso tiene lugar gracias a la presencia de luz solar, que permite a la planta transformar el dióxido de carbono y el agua en nutrientes y en oxígeno que luego es liberado como desecho. Al mismo tiempo, los elementos químicos de la fórmula entran y salen de las células de la planta por difusión u ósmosis, el cual permite a la planta tomar el dióxido de carbono del aire y liberar posteriormente oxígeno al mismo.

Productos finales de la fotosíntesis

Son los tres los principales productos que resultan del proceso de la fotosíntesis, éstos son:

• Glucosa: es el azúcar simple que es utilizado de formas diferentes dependiendo de los requerimientos de la planta. Puede llegar a ser consumida de inmediato por células vegetales, puede ser almacenado en forma de almidón insoluble, puede ser convertido en sacarosa o utilizado en la síntesis de las grasas y las proteínas.
• Agua: es producida durante el proceso y puede reutilizada por la planta en el proceso.
• Oxígeno: una pequeña parte es usada en la respiración de las células, pero la mayor parte del oxígeno es liberado en la atmósfera por medio de los estomas.

Importancia

La fotosíntesis es un proceso que nos brinda la mayor parte del oxígeno que es necesario para poder sobrevivir y respirar. Es un proceso crucial de transformación de la energía para poder producir oxígeno por lo que ayudan a mantener un nivel equilibrado de oxígeno y dióxido de carbono en la atmósfera. Participa de la composición de la atmósfera de la Tierra pues produce gas oxígeno como subproducto. Elimina importantes cantidades de dióxido de carbono de la atmósfera y usa los átomos de carbono para crear moléculas orgánicas.