Ecuación general de la fotosíntesis
Explique en pocas palabras lo que ocurre durante las reacciones en: Fase luminosa de la fotosíntesis En esta se convierte la energía solar en energía química. La luz es absorbida por complejos formados por clorofilas y proteínas. Estos complejos clorofila-proteína se agrupan en unidades llamadas fotosistemas, que se ubican en los tilacoides (membranas internas) de los cloroplastos. Fase oscura de la fotosíntesis En esta etapa los compuestos de alta energía producidos en la primera etapa, se emplean para reducir el carbono del dióxido de carbono a un azúcar simple. De esta manera se convierte la energía química de las moléculas portadoras, en formas apropiadas para el transporte y el almacenamiento en el cuerpo de la planta.
¿Por qué la fotosíntesis es esencial para la vida en la tierra? Gracias a ella, se produce la transformación de la energía luminosa en energía química, necesaria y utilizada por los seres vivos En la fotosíntesis se libera oxígeno, que será utilizado en la respiración aerobia como oxidante. La fotosíntesis fue causante del cambio producido en la atmósfera primitiva, que era anaerobia y reductora. De la fotosíntesis depende también la energía almacenada en combustibles fósiles como carbón, petróleo y gas natural. El equilibrio necesario entre seres autótrofos y heterótrofos no sería posible sin la fotosíntesis.
¿Qué factores pueden influir sobre el proceso de fotosíntesis? La luz: las plantas realizan la fotosíntesis en relación a la cantidad de luz que reciben. La temperatura: Esta debe oscilar entre los 10º y 35º C. de lo contario, las enzimas se podrían destruir.
Pigmentos fotosintéticos: la clorofila es la molécula que permite la captación de energía luminosa en el proceso de fotosíntesis. Dióxido de carbono: La fotosíntesis crece al aumentar al aumentar la cantidad de CO2, hasta llegar a un límite a partir del cual el rendimiento se estabiliza. Agua: Si es escasa, las estomas de cierran e impiden el intercambio de gases entre las hojas y la atmósfera. Minerales: La carencia de Calcio, Nitrógeno y Magnesio afecta al desarrollo de las plantas.
¿Qué efectos produce la intensidad luminosa sobre la fotosíntesis? Foto-inhibición La elevada intensidad de la luz, también conocida como radiación, disminuirá la capacidad de la planta de convertir energía en materia, inhibiendo el crecimiento de la misma. Cuando una planta recibe el 50 por ciento de la luz solar, esta absorbe el 25 por ciento de ella. Al recibir el 100 por ciento, o la plena luz del sol, la absorción desciende al 10 por ciento. El resultado es una disminución en la eficiencia de la absorción del dióxido de carbono, de la liberación de oxígeno y de la reducción de fluorescencia de la clorofila. Sin embargo, las plantas pueden minimizar o prevenir el daño excesivo al disipar el exceso de energía bajo la forma de calor y radiación.
Desactivación fluorescente La desactivación fluorescente es diferente a la disipación de calor, pero puede prevenir el daño celular durante un tiempo. Durante este proceso, cuando las moléculas de clorofila están demasiado estimuladas por la intensidad de la luz, se emite radiación para disipar el exceso de energía, evitando el daño celular. Sin embargo, si la intensidad de la luz continúa, los daños no pueden ser revertidos.
Foto-Oxidación Luego de una exposición prolongada a una luz de radiación intensa, los mecanismos de compensación no serán suficientes. Durante la foto-oxidación, los pigmentos convertidores de energía son destruidos, las células, y eventualmente la planta, mueren. La adaptación depende del lugar donde creció originalmente la planta. Las plantas que crecen a la sombra probablemente no se adaptarán a la luz de intensidad elevada. Otros factores que afectan la adaptación son la flexibilidad de la hoja, el metabolismo del carbono y otros factores estresantes al momento de la exposición a la luz de intensidad elevada.
¿Qué efectos produce la temperatura sobre la fotosíntesis? Las altas temperaturas afectan la actividad enzimática; además provoca cierre de estomas, disminuyendo el suministro de CO2. Por otro lado, la temperatura óptima para respiración es mayor que para fotosíntesis, por lo tanto, durante periodos prolongados afecta rendimiento.
¿Qué efectos produce la humedad del agua sobre la fotosíntesis? La concentración de agua tanto en el suelo como en el ambiente, influye de manera determinante en el rendimiento de la fotosíntesis. El rendimiento de la fotosíntesis disminuye al reducirse el grado de humedad, ya que en ambientes áridos se cierran las estomas para evitar la pérdida de humedad y, por tanto, se reduce el intercambio de gases (toma de CO2 y liberación de O2 de la fase luminosa)
¿Qué efectos produce la concentración de CO2 sobre la fotosíntesis? Si la planta es del tipo C4 como el maíz, podrá absorber más CO2 si éste está disponible, Si se trata de una planta C3 la absorción del CO2 no mejorará con el aumento de proporción. En todo caso, podemos decir en líneas generales que, a mayor concentración de CO2 atmosférico, mayor crecimiento de la masa vegetal, siempre y cuando no haya otros elementos limitantes, como el Nitrógeno, la disponibilidad de agua o la luz.
Ciclo de Calvin
Productos: La reducción del carbono sucede en el estroma de los cloroplastos por intermedio de una serie de reacciones conocidas como ciclo de Calvin.
Carboxilación de la ribulosa 1,5 bifosfato (RuBP) para producir dos moléculas de 3fosfoglicerato. Esta reacción catalizada por la ribulosa 1,5 bifosfato carboxilasa/oxigenasa (Rubisco) Reducción del 3- fosfoglicerato a una triosa fosfato con gasto de ATP y NADPH. Regeneración del aceptor primario, RuBP, en que 5 moléculas de 3 carbonos (triosas y fosfatos) son reacomodadas para formar 3 moléculas de 5 carbonos (pentosas fosfato) y la liberación de las moléculas de 3 carbonos para posterior formación de azúcares como a glucosa (6 carbonos). Un ATP más es necesario para convertir una pentosa fosfato en RuBP. Entonces 3 ATP y 2 NADPH son requeridos para cada molécula de dióxido de carbono fijada.
A cada 3 vueltas en el ciclo, una molécula de triosa fosfato es regenerada a partir de 3 moléculas de CO2.
¿Cuál es la diferencia entre las plantas C3 y C4? Plantas C3 Las plantas de C3 solo poseen una enzima carboxilasa, la Ribulosa 1,5 di fosfato carboxilasa cuya función es fijar y reducir el CO2 en el Estroma o Matríz del Cloroplasto, en cambio las plantas de C4 poseen 2 enzimas fijadoras del CO2, la 1º llama Fosfoenolpirúvico carboxilasa que fija el CO2 en las células del Mesófilo reduciéndolo a ácido oxalacético y luego a málico o aspártico y que por descarboxilación de uno de los ácidos orgánicos en las células de la Vaina origina àcido pìrúvico, el CO2 es reincorporado al Ciclo de Calvin aumentando la concentración de CO2 para que la Ribulosa 1, 5 di fosfato carboxilasa trabaje en toda su potencia en óptimas concentraciones de CO2. Las plantas de C3 realizan la Fotorrepiración (incorporación de O2 en presencia de luz solar), en cambio las plantas de C4 la Fotorrepiración es muy escasa o prácticamente Nula.
Ejemplos:
Palo Borracho Eucaliptus Pinos
Plantas C4 Las plantas de C4 son llamadas de " Alta eficiencia Fotosintética" puesto que hay 2 vías de fijación del CO2, por dm 2 de superficie foliar x hora fijan entre 50 a 80 mg de CO2, en cambio las plantas de C3 son llamadas de " Baja eficiencia Fotosintética" pues fijan el CO2 a través del Ciclo de Calvin o del C3 en una cantidad de 20 a 40 mg de CO2 x dm 2 de superficie foliar x hora. Las plantas de C4
poseen en la célula de la Vaina la Estructura de Kranz, las plantas de C3 no poseen esta estructura anatómica.
Ejemplos
Maíz
Caña de azúcar