Guía de estudio sobre la fotosíntesis

Aprenda sobre la fotosíntesis paso a paso con esta guía rápida de estudio. Comience con lo básico:

Revisión rápida de los conceptos clave de la fotosíntesis

En las plantas, la fotosíntesis se utiliza para convertir la energía de la luz solar en energía química (glucosa). El dióxido de carbono, el agua y la luz se utilizan para producir glucosa y oxígeno.

La fotosíntesis no es una reacción química única, sino un conjunto de reacciones químicas. La reacción general es:

6CO2 + 6H2O + luz → C6H12O6 + 6O2

Las reacciones de la fotosíntesis se pueden clasificar como reacciones dependientes de la luz y reacciones oscuras.

La clorofila es una molécula clave para la fotosíntesis, aunque también participan otros pigmentos cartenoides. Hay cuatro (4) tipos de clorofila: a, b, c, y d. Aunque normalmente pensamos que las plantas tienen clorofila y realizan fotosíntesis, muchos microorganismos usan esta molécula, incluyendo algunas células procariotas. En las plantas, la clorofila se encuentra en una estructura especial, que se llama cloroplasto.

Las reacciones para la fotosíntesis tienen lugar en diferentes áreas del cloroplasto. El cloroplasto tiene tres membranas (interior, exterior, tiroides) y está dividido en tres compartimentos (estroma, espacio tiroides, espacio entre membranas). Las reacciones oscuras ocurren en el estroma. Reacciones ligeras ocurren en las membranas tiroideas.

Hay más de una forma de fotosíntesis. Además, otros organismos convierten la energía en alimentos mediante reacciones no fotosintéticas (por ejemplo, las bacterias litotróficas y metanógenas).

Pasos de la fotosíntesis

La fotosíntesis es el conjunto de reacciones químicas por las cuales las plantas y otros autotróficos convierten la energía de la luz solar en alimento químico.

He aquí un resumen de los pasos utilizados por las plantas y otros organismos para utilizar la energía solar para producir energía química:

  1. En las plantas, la fotosíntesis suele producirse en las hojas. Aquí es donde las plantas pueden obtener las materias primas para la fotosíntesis en un solo lugar. El dióxido de carbono y el oxígeno entran y salen de las hojas a través de unos poros llamados estomas. El agua llega a las hojas desde las raíces a través de un sistema vascular. La clorofila en los cloroplastos dentro de las células foliares absorbe la luz solar.
  2. El proceso de fotosíntesis se divide en dos partes principales: reacciones dependientes de la luz y reacciones independientes de la luz u oscuras. La reacción dependiente de la luz ocurre cuando la energía solar es capturada para producir una molécula llamada ATP (trifosfato de adenosina). La reacción oscura ocurre cuando se utiliza el ATP para producir glucosa (el Ciclo de Calvin).
  3. La clorofila y otros carotenoides forman lo que se llama complejos de antenas. Los complejos de antenas transfieren la energía de la luz a uno de los dos tipos de centros de reacción fotoquímica: P700, que forma parte del Photosystem I, o P680, que forma parte del Photosystem II. Los centros de reacción fotoquímica están localizados en la membrana timoide del cloroplasto. Los electrones excitados se transfieren a los receptores de electrones, dejando el centro de reacción en un estado oxidado.

  1. Las reacciones independientes de la luz producen carbohidratos usando ATP y NADPH que se formaron a partir de las reacciones dependientes de la luz.

Reacciones de la luz de la fotosíntesis

No todas las longitudes de onda de la luz son absorbidas durante la fotosíntesis. El verde, el color de la mayoría de las plantas, es en realidad el color que se refleja. La luz que se absorbe divide el agua en hidrógeno y oxígeno:

H2O + energía de la luz → ½ O2 + 2H+ + 2 electrones

Los electrones excitados del Photosystem I pueden utilizar una cadena de transporte de electrones para reducir la oxidación del P700. Esto establece un gradiente de protones, que puede generar ATP. El resultado final de este flujo de electrones en bucle, llamado fosforilación cíclica, es la generación de ATP y P700.

Los electrones excitados del Photosystem I podrían fluir por una cadena de transporte de electrones diferente para producir NADPH, que se utiliza para sintetizar los carbohidratos. Esta es una vía no cíclica en la que el P700 es reducido por un electrón extraído del Photosystem II.

Un electrón excitado de Photosystem II fluye a través de una cadena de transporte de electrones desde P680 excitado hasta la forma oxidada de P700, creando un gradiente de protones entre el estroma y los tiroides que genera ATP. El resultado neto de esta reacción se llama fotofosforilación no cíclica.

El agua aporta el electrón necesario para regenerar el P680 reducido. La reducción de cada molécula de NADP+ a NADPH utiliza dos electrones y requiere cuatro fotones. Se forman dos moléculas de ATP.

Reacciones oscuras de la fotosíntesis

Las reacciones oscuras no requieren luz, pero tampoco son inhibidas por ella.

Para la mayoría de las plantas, las reacciones oscuras se producen durante el día. La reacción oscura ocurre en el estroma del cloroplasto. Esta reacción se llama fijación de carbono o el ciclo de Calvin. En esta reacción, el dióxido de carbono se convierte en azúcar usando ATP y NADPH. El dióxido de carbono se combina con un azúcar de 5 carbonos para formar un azúcar de 6 carbonos. El azúcar de 6 carbonos se divide en dos moléculas de azúcar, glucosa y fructosa, que se pueden utilizar para hacer sacarosa. La reacción requiere 72 fotones de luz.

La eficiencia de la fotosíntesis está limitada por factores ambientales, incluyendo la luz, el agua y el dióxido de carbono. En clima cálido o seco, las plantas pueden cerrar sus estómagos para conservar el agua. Cuando los estomas están cerrados, las plantas pueden iniciar la fotorrespiración. Las plantas llamadas plantas C4 mantienen altos niveles de dióxido de carbono dentro de las células que producen glucosa, para ayudar a evitar la fotorrespiración. Las plantas C4 producen carbohidratos más eficientemente que las plantas C3 normales, siempre y cuando el dióxido de carbono esté limitado y haya suficiente luz disponible para apoyar la reacción. En temperaturas moderadas, las plantas soportan una carga energética excesiva para que la estrategia C4 merezca la pena (nombradas 3 y 4 por el número de carbonos en la reacción intermedia). Las plantas C4 prosperan en climas cálidos y secos.

Aquí hay algunas preguntas que puede hacerse para ayudarle a determinar si realmente entiende los conceptos básicos de cómo funciona la fotosíntesis.

  • Definir la fotosíntesis.
  • ¿Qué materiales se necesitan para la fotosíntesis? ¿Qué se produce?
  • Escriba la reacción general para la fotosíntesis.
  • Describir lo que ocurre durante la fosforilación cíclica del fotosistema I. ¿Cómo conduce la transferencia de electrones a la síntesis de ATP?
  • Describir las reacciones de la fijación del carbono o el ciclo de Calvino. ¿Qué enzima cataliza la reacción? ¿Cuáles son los productos de la reacción?

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