Comprendiendo la fotosíntesis: definición

La fotosíntesis es un proceso químico usado por las plantas mediante el cual producen energía química a partir de la energía lumínica solar. Gracias a esta energía del sol, las plantas convierten el agua del suelo y el dióxido de carbono del aire en glucosa, un nutriente esencial que les provee energía y permite la fabricación de la celulosa.

La fotosíntesis es el proceso químico más importante en la Tierra, mediante el cual se sintetizan sustancias orgánicas a partir de la energía lumínica solar.

En la naturaleza, existen organismos que se alimentan de otros seres vivos, y son llamados heterótrofos. También existen unos capaces de sintetizar su propio alimento sin necesidad de usar materia orgánica de otros seres vivos. A estos organismos se les llama autótrofos. Dentro de esta categoría se encuentras las plantas verdes, que realizan el proceso de la fotosíntesis.

Todas las plantas, algas y cianobacterias que realizan la fotosíntesis son considerados organismos fotoautótrofos.

Adicionalmente, todas las plantas, algas y cianobacterias que realizan la fotosíntesis son considerados organismos fotoautótrofos. La fuente de energía de éstos es la luz del sol y su principal fuente de hidrógeno es el agua, produciendo como desperdicio, en la mayoría de los casos el oxígeno vital para la vida en la tierra.

Vídeo Fotosíntesis

La fotosíntesis, forma básica de nutrición del reino Plantae, tiene lugar en los cloroplastos donde se encuentran las proteínas especializadas llamadas “Centros de Reacción fotosintético” que absorben la luz solar y cuentan con un pigmento llamado clorofila. Éste interviene en el proceso fotosintético y dota del característico color verde a las plantas.

La energía de la luz es usada para desprender electrones de algunas substancias involucradas en el proceso como el hidrógeno que se toma de una molécula de agua (H2O) para usarlo en la síntesis de la glucosa, quedando como desecho el oxígeno que es descartado en forma de gas. Antes de convertirlo en glucosa, el hidrógeno es usado para crear dos compuestos intermedios empleados para almacenar energía como el NADPH (Nicotinamida adenina dinucleótido fosfato) y el ATP (Adenosín Trifosfato).

Proceso de la fotosintesis

La energía capturada por las plantas para realizar la fotosíntesis en todo el planeta, equivale aproximadamente a 130 Terawatts (10×12 watts).

Fotosíntesis

La ecuación del proceso de fotosíntesis es:

DIÓXIDO DE CARBONO + AGUA + FOTONES →  GLUCOSA + OXÍGENO

→ Que se traduce en:

6CO2  + 6H2O  →   C6H1206  + 6O2

Cada año, los organismos que realizan la fotosíntesis convierten 100,000 millones de toneladas de carbono en biomasa. De aquí podemos observar la vital aportación de las plantas, consumen el bióxido de carbono y nos entregan convenientemente oxígeno.

La producción de la glucosa, un tipo de azúcar, es necesaria tanto para la nutrición como para la respiración de la planta, puede usarse para convertirse en almidón, producir la celulosa que refuerza y protege la pared celular, y descomponerse durante la respiración.

La velocidad de la fotosíntesis no es siempre igual, pues la temperatura, la intensidad de la luz y la concentración de dióxido de carbono pueden cambiar la velocidad.

Etapas de la Fotosíntesis

Como todo proceso, la fotosíntesis consta de etapas bien diferenciadas, que son básicamente dos:

Fase luminosa.

Durante la etapa dependiente de la luz, la planta capta la energía solar por medio de la clorofila en las células de las hojas y fabrica una molécula llamada adenosín trifosfato  o trifosfato de adenosina (ATP), que almacena la energía.

Para hacerlo, cada molécula de clorofila absorbe un fotón de luz y al hacerlo pierde un electrón. Este electrón pasa a la cadena de transporte de electrones que produce el NADPH y el ATP. La molécula de clorofila recupera el electrón perdido cuando una molécula de agua que se absorbe del suelo, es dividida en un proceso llamado fotólisis que libera una molécula de oxígeno a la atmósfera como desecho del proceso.

La fotosíntesis consta de dos etapas bien diferenciadas: fase luminosa y fase oscura.

Fase oscura.

La energía que la planta obtuvo durante la fase luminosa es usada para sintetizar la glucosa a partir del agua y el dióxido de carbono captado de la atmósfera terrestre. Se le llama fase oscura porque a diferencia de la anterior, no necesita la luz solar.

La enzima RuBisCO captura el dióxido de carbono de la atmósfera y en otro proceso llamado ciclo de Calvin, usa el NADPH y el ATP creados en la fase luminosa y libera azúcares de tres carbonos que pueden convertirse luego en sucrosa o almidón. Se utilizan seis moléculas de dióxido de Carbono para generar una molécula de Glucosa.

El ciclo de Calvin, también conocido como ciclo Calvin-Benson, consta de tres etapas:

Etapa 1. Fijación del Carbono, se usa difosfato de ribulosa para formar PGA (Ácido 3- fosfoglicérico).

Etapa 2. Se reduce el PGA a un azúcar usando el NADPH y el ATP de la fase lumínica.

Etapa 3. Se regenera el difosfato de ribulosa.

Las plantas convierten la luz solar en energía química con una eficiencia del 3-6%.

Fotosíntesis

Partes de la Célula Vegetal involucradas en la Fotosíntesis.

Cloroplastos.

Estos orgánulos son exclusivos de las plantas y algas. La principal función de los cloroplastos es realizar la fotosíntesis, ya que contienen la clorofila y otras enzimas necesarias para llevar a cabo el proceso.

La clorofila absorbe la energía de la luz solar y la convierte y almacena en moléculas de NADPH y ATP liberando el oxígeno del agua. Posteriormente usan estas moléculas proveedoras de energía para hacer moléculas orgánicas a partir del dióxido de Carbono en un proceso conocido como el Ciclo de Calvin.

Una célula vegetal típica contiene entre 10 y 100 cloroplastos.

Membrana celular.

Permite la entrada y salida a la célula del agua, el gas y las moléculas.

Vacuola.

Las células vegetales contienen una vacuola central y grande rellena de agua y cubierta por una membrana llamada tonoplasto. Su función es controlar el movimiento de moléculas entre el citosol y la savia.

Pared celular.

Está hecha de celulosa que protege el contenido de la célula y otorga fuerza y rigidez a la misma. Adicionalmente contiene conductos de comunicación con las células adyacentes.

Citoplasma.

Contiene las enzimas y las proteínas que la célula necesita para efectuar la fotosíntesis.

Núcleo celular.

Es sitio que alberga el ADN de las enzimas y proteínas usadas durante la fotosíntesis.

Etapas de la fotosíntesis.

Importancia de la Fotosíntesis para los seres vivos

La fotosíntesis es el proceso químico más importante en la Tierra y es completamente imprescindible para la supervivencia de los seres vivos. Los animales, incluidos los seres humanos, viven porque las plantas existen y éstas viven gracias a la fotosíntesis.

Debido a que las plantas pueden nutrirse por medio de este proceso, otros organismos obtienen alimento de ellas: raíces, tallos, corteza, hojas, flores y frutos. Por otra parte, el proceso libera uno de los productos más importantes para la respiración: el oxígeno.

Durante los últimos tiempos la presencia de las plantas se ha reconsiderado por su capacidad para reducir los gases nocivos que las industrias y los automóviles liberan a la atmósfera. Es por eso que los bosques frondosos son una especie de “pulmones” para la Tierra.

Historia de la Fotosíntesis.

El suizo Jean Senebier demostró que las plantas consumen dióxido de carbono y liberan oxígeno si reciben luz solar.

Durante el siglo XVII, el inglés Stephen Hales planteó la idea que la plantas usaban el aire en su entorno como fuente de alimento, sin embargo, hasta el siglo XVIII otro inglés Joseph Priestley descubrió que los vegetales producían oxígeno de alguna forma.

Fue alrededor del año 1778 que Jan Ingenhousz descubrió que las plantas liberaban un gas que podía intoxicar a la gente, pero que con la presencia de luz solar liberaban oxígeno, benéfico para la salud. Agregando que la fotosíntesis solo se realizaba en las hojas.

En 1796, el suizo Jean Senebier, demostró que las plantas consumen dióxido de carbono y liberan oxígeno si reciben luz solar. Al poco tiempo, Nicolás Theodore de Saussure demostró que adicionalmente requieren agua adicionalmente al CO2 definiendo de esta forma el esquema básico de la fotosíntesis.

A partir de ahí un diverso grupo de científicos ha aportado nuevos descubrimientos a un fenómeno que aún quedan un par de asuntos por resolver.

Infografía Fotosíntesis

(Click para expander)

Imagen fotosíntesis