Fotosíntesis y respiración

Fotosíntesis

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.

Una ecuación generalizada y no equilibrada de la fotosíntesis en presencia de luz sería: 

CO2 + 2H2A → (CH2) + H2O + H2A

El elemento H2A de la fórmula representa un compuesto oxidable, es decir, un compuesto del cual se pueden extraer electrones; CO2 es el dióxido de carbono; CH2 una generalización de los hidratos de carbono que incorpora el organismo vivo. En la gran mayoría de los organismos fotosintéticos, es decir, en las algas y las plantas verdes, H2A es agua (H2O); pero en algunas bacterias fotosintéticas, H2A es anhídrido sulfúrico (H2S). La fotosíntesis con agua es la más importante y conocida y, por tanto, será la que tratemos con detalle.

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.

Etapa Lumínica o Fotonica

Etapa Lumínica o Fotonica

FASE LUMINOSA EN EL PROCESO DE LA FOTOSÍNTESIS

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 quimiostática de ATP a partir de ADP y Pi, en tanto un átomo 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.

REACCIONES DEPENDIENTES DE LA LUZ

Las reacciones dependientes de la luz requieren luz; convierten la energía lumínica en energía química, que se captura en el ATP y el NADPH (una molécula que transporta electrones y átomos de hidrógeno). Solo la energía química puede hacer trabajo biológico. Las reacciones fotodependientes se resume como sigue:

12H2O + 12NADP+ + 18ADP + 18Pi
Luz
6O2 + 12NADPH + 18ATP
Clorofila

La energía lumínica se transforma en energía química cuando mueve electrones más lejos de sus núcleos atómicos: Recuérdese que cuando más lejos esta un electrón del núcleo más energía química retiene.

La energía adicional retenida por el electrón desplazado se libera cuando el electrón se mueve más cerca del núcleo del otro átomo: 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

Fotosíntesis y respiración

La fotosíntesis tiene que ver con la forma cómo las plantas transforman la energía solar en energía química liberando al mismo tiempo oxígeno y agua y almacenando la energía bajo la forma de carbohidratos. La respiración se refiere al proceso mediante el cual las plantas toman oxígeno y  desprenden dióxido de carbono. Ambos procesos son inversos. A principios del siglo XVII el científico Jean Baptiste Van Helmont planificó un experimento que resultó de  gran importancia. Llenó una cuba con     100 Kgs. de  tierra que había   secado     previamente  en un horno,  luego la empapó  bien  con  agua  de lluvia  y  plantó  un  árbol  de sauce. Durante  las  cinco  años  de crecimiento   regaba   el suelo      con agua de lluvia  y  le  hizo  una  cubierta  para evitar   que   cayera  tierra en la cuba. El árbol creció más y mas  Después de cinco años sacó el árbol con sus raíces  y encontró que pesaba 84.586 Kgs., secó la tierra  y encontró que faltaban 56 gramos para llegar al  peso original. Concluyó entonces que 82.030  Kgs. de madera, corteza y raíces procedían del  agua exclusivamente. Van Helmont trabajó a principios del siglo XVII  cuando se sabía poco del crecimiento de  las planta. Hoy se sabe que las plantas  absorben algo más que agua. Años después  Joseph Priestley, a fines del siglo XVIII,  descubrió que además de agua, absorbe  bióxido de carbono del aire y las plantas  verdes despiden o exhalan oxígeno. Siete  años más tarde Ian Ingenhousz demostró  que las plantas pueden dar oxígeno sal aire  cuando hay suficiente luz solar, lo cual  afirma que la luz es necesaria para la  producción de oxígeno.

Etapa Oscura o Afotónica

REACCIÓN EN LA OSCURIDAD
La reacción en la oscuridad tiene lugar en el estroma o matriz de los cloroplastos, donde la energía almacenada en forma de ATP y NADPH2 se usa para reducir el dióxido de carbono a carbono orgánico. Esta función se lleva a cabo mediante una serie de reacciones llamada ciclo de Calvin, activadas por la energía de ATP y NADPH2. Cada vez que se recorre el ciclo entra una molécula de dióxido de carbono, que inicialmente se combina con un azúcar de cinco carbonos llamado ribulosa 1,5-difosfato para formar dos moléculas de un compuesto de tres carbonos llamado 3-fosfoglicerato. Tres recorridos del ciclo, en cada uno de los cuales se consume una molécula de dióxido de carbono, dos de NADPH2 y tres de ATP, rinden una molécula con tres carbonos llamada gliceraldehído 3-fosfato; dos de estas moléculas se combinan para formar el azúcar de seis carbonos glucosa. En cada recorrido del ciclo, se regenera la ribulosa 1,5-difosfato.
Por tanto, el efecto neto de la fotosíntesis es la captura temporal de energía luminosa en los enlaces químicos de ATP y NADPH2 por medio de la reacción en presencia de luz, y la captura permanente de esa energía en forma de glucosa mediante la reacción en la oscuridad. En el curso de la reacción en presencia de luz se escinde la molécula de agua para obtener los electrones que transfieren la energía luminosa con la que se forman ATP y NADPH2. El dióxido de carbono se reduce en el curso de la reacción en la oscuridad para convertirse en base de la molécula de azúcar. La ecuación completa y equilibrada de la fotosíntesis en la que el agua actúa como donante de electrones y en presencia de luz es: 6 CO2 + 12H2O → C6H12O6 + 6O2 + 6H2O