Fotosíntesis: El Proceso Vital de las Plantas para Producir Energía y Oxígeno

La Fotosíntesis: Pilar de la Vida en la Tierra

La fotosíntesis es el único mecanismo de entrada de energía a la biosfera. Captura la luz y la convierte en energía química (sustancias orgánicas), almacenándola en forma de carbohidratos y produciendo O2 libre. Este proceso distingue al reino vegetal.

Factores Clave de la Fotosíntesis

Funciona con los siguientes factores: luz, temperatura (Tº), humedad del aire, disponibilidad hídrica, dióxido de carbono (CO2) y nutrientes minerales.

El oxígeno libre en la atmósfera alcanza el 21%.

Hitos Históricos en el Descubrimiento de la Fotosíntesis

• Aristóteles: Observó la intervención de la luz en el color verde de las plantas.
• Joseph Priestley (1733-1804): Purificó el aire, identificando el 'aire desflogisticado' (aire con O2).
• Jan Ingenhouz (1730-1799): Demostró que las plantas vician el aire en la oscuridad, pero lo purifican en presencia de luz.
• Nicholas Theodore de Saussure (1767-1845): Concluyó que la producción de azúcar requiere agua y que en la fotosíntesis se intercambian volúmenes similares de CO2 y O2.
• Dutrochet (1837): Determinó que solo las células que contienen clorofila realizan la incorporación de CO2.
• Sachs (1859): Propuso una ecuación básica: 6CO2 + 6H2O + energía solar (6 kcal/mol) → C6H12O6 + 6O2.
• Arnon (1957): Describió la reacción de Hill y la fotofosforilación: NADP+ + H2O + ADP + Pi --(LUZ)--> NADPH + 1/2 O2 + ATP + H+.

Mecanismos y Reacciones de la Fotosíntesis

Proceso Endergónico

La fotosíntesis es un proceso endergónico, lo que significa que requiere energía radiante para iniciar la cadena de reacciones que conducen a la síntesis de compuestos orgánicos.

Reacción Global de la Fotosíntesis

La reacción global simplificada de la fotosíntesis es:

nCO2 + 2nH2O --(hv, Enzimas)--> n(CH2O) + nH2O + nO2

Contribuciones Clave a la Comprensión del Proceso

• Blackman (1905): Midió la velocidad de la fotosíntesis en diferentes condiciones lumínicas y de temperatura, proponiendo que las reacciones estaban controladas por enzimas.

Impacto Global de la Fotosíntesis

El CH2O: Fórmula Empírica de Carbohidratos

La fórmula empírica (CH2O)n representa los carbohidratos sintetizados como resultado de la fotosíntesis.

Fijación de Carbono y Producción de Biomasa

El carbono fijado en la Tierra por la fotosíntesis oscila entre 70.000 y 120.000 millones de toneladas, lo que equivale a 170 a 290 gigatoneladas de materia seca (MS) de azúcares.

Aproximadamente la mitad de la biomasa vegetal se sintetiza en el medio terrestre y la otra mitad en la capa superior de los lagos y mares.

Estructura y Función de los Cloroplastos

Los cloroplastos son orgánulos esenciales para la fotosíntesis, originarios de los protoplastidios. Estos se dividen a medida que el embrión se desarrolla. Las plantas superiores pueden contener más de 100 cloroplastos por célula. Cada cloroplasto está envuelto en una doble membrana que controla el paso de las moléculas y posee aproximadamente 50 granas.

Estroma

El estroma es un material amorfo y gelatinoso, rico en enzimas, ubicado dentro del cloroplasto. Es en este sitio donde ocurre la conversión del CO2 en carbohidratos.

Tilacoides

Los tilacoides son membranas en forma de láminas y sacos cerrados y aplanados, similares a vesículas, que se encuentran dentro del estroma. Forman apilamientos parecidos a monedas sobrepuestas. La membrana tilacoidal contiene pigmentos que participan en la absorción de luz, siendo las principales la clorofila A y la clorofila B. También se encuentran pigmentos amarillo-naranja, como los carotenos y las xantofilas.

Grana

Las grana son pilas de tilacoides, comunicadas por tilacoides que atraviesan el estroma como laminillas. Cada grana posee entre 2 y 100 tilacoides.

Pigmentos Fotosintéticos y su Función

Tipos de Pigmentos Fotosintéticos

• Clorofila (a, b y otras)
• Ficocianinas
• Ficoeritrinas
• Carotenoides (carotenos y xantofilas)

Función de los Pigmentos

Los pigmentos son las moléculas encargadas de absorber la energía lumínica (luz) para que pueda ser utilizada por los sistemas vivos. Cuando un pigmento absorbe un fotón, un electrón de su molécula es lanzado a un nivel energético más alto, un estado que se denomina 'excitado'. Este estado dura aproximadamente una millonésima de segundo, y la energía puede disiparse como calor o ser transferida para iniciar las reacciones fotosintéticas.

Estructura del Tetrapirrol

El tetrapirrol es la estructura básica de las porfirinas, que incluyen las clorofilas, hemoglobinas y citocromos. La característica cromófora de la clorofila se debe a los dobles enlaces conjugados generados con la unión de los anillos de pirrol, lo que le permite absorber la luz visible.