La fotosíntesis, ¡proceso genial!

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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.

En el anterior video observas todo sobre la fotosíntesis, su proceso, fases, entre otra cosas que crearán interés de tu parte hacía éste gran proceso...

Historia de la fotosíntesis

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.

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.

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.

¡Conoce su fórmula química!

→ 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.

Factores que afectan la fotosíntesis.

Calidad de la luz

  Como se mencionó anteriormente, las plantas realizan la fotosíntesis mientras están expuestas a la radiación RFA; esto se refiere a la calidad de la luz (Figura 1). Como se menciona anteriormente, la clorofila absorbe de forma más eficiente la luz azul violeta y la luz roja. Por lo tanto, es preferente exponer a las plantas a esta calidad de luz, a cierta intensidad (cantidad de energía). Al seleccionar luz suplementaria y, especialmente, cuando se trabaja únicamente con luz artificial, es importante elegir la fuente correcta de luz.

  Por ejemplo, las bombillas incandescentes tienen una eficiencia baja ya que la mayor parte de la energía se usa para calentar la lámpara; además, la mayor parte de la energía luminosa se proporciona en la región roja. Las lámparas de sodio de alta presión (HPS, por sus siglas en inglés) y los diodos emisores de luz (LED) son las fuentes de luz más eficientes del mercado. Las lámparas HPS tienen dos puntos críticos en la región de RFA, uno pequeño en la región azul y uno más grande que se extiende a las regiones amarilla, naranja y roja del espectro.

Intensidad de la luz

  Sin importar la fuente de energía luminosa, las plantas necesitan una intensidad de luz mínima para iniciar el proceso de fotosíntesis; esto se llama punto de compensación de la luz. Este punto es donde el CO₂ absorbido es igual al CO₂ liberado. A medida que aumenta la intensidad de la luz y la cantidad de energía proveniente de una fuente de luz, mayor será la velocidad de la fotosíntesis.

  Sin embargo, no significa que la intensidad de la luz pueda ser infinita. Cuando la intensidad de la luz alcanza cierto nivel, la velocidad de la fotosíntesis es plana. Es más, se puede dañar la clorofila a causa de la extrema intensidad de la luz, lo que provoca que disminuya la velocidad de la fotosíntesis.

Cobertura del Invernadero

  Conocer el punto de compensación de la luz de los cultivos es muy importante al momento de escoger un tipo de cobertura para el invernadero. Los materiales de cobertura para el invernadero tienen diferentes transmitancias de la luz, al igual que las mallas de sombreo. Los materiales viejos transmiten menos luz que los materiales nuevos debido a la opacidad o acumulación de residuos. Otro factor importante en la transmitancia de la luz en un invernadero es la estructura. Por ejemplo, los invernaderos de vidrio tienen más estructura (arcos, largueros, columnas, etc.) que un invernadero de polietileno.

 

Por lo tanto, un invernadero de vidrio tendrá más sombras que un invernadero de polietileno. La velocidad de la fotosíntesis de las plantas disminuye en el mismo porcentaje que la cantidad de luz entrante es bloqueada. De forma similar, el rendimiento de la producción también disminuye en el mismo porcentaje. Por consiguiente, se requiere la limpieza adecuada de los materiales de cobertura del invernadero al inicio de la temporada para garantizar la máxima transferencia de luz.

¿Dónde ocurre la fotosíntesis?

Específicamente en las hojas de lasplantas..

La fotosíntesis ocurre principalmente en las hojas de las plantas; sin embargo, puede ocurrir en los tallos, pero en un porcentaje mínimo. Este proceso inicia cuando el CO₂ entra a la hoja a través de los estomas (abertura de las hojas). La mayoría de los estomas se encuentran en la parte inferior de la hoja para evitar la pérdida excesiva de agua. Los estomas permiten el intercambio de CO₂, oxígeno y vapor de agua entre la hoja y el medio ambiente.

¿Éste proceso artificalmente?

Desde hace años la comunidad científica está intentando emular a las plantas para obtener una nueva fuente de energía limpia y eficiente.

Copiar en un laboratorio la fórmula secreta del reino vegetal para producir energía almacenable a partir de los rayos del sol, agua y dióxido de carbono es uno de los grandes retos de la comunidad científica internacional. EEUU, uno de los países más interesados, ya ha invertido 122 millones de dólares en el Join Center for Artificial Photosynthesis (JCAP), fundado en 2010. El objetivo es desarrollar una célula solar que produzca moléculas de hidrógeno o hidrocarburos, en lugar de azúcares, como hacen las plantas. En definitiva, obtener un combustible que al ser quemado no genere CO2, que no contribuya al efecto invernadero y, en consecuencia, al calentamiento global, y que reduzca nuestra dependencia de los combustibles fósiles. De momento se ha conseguido recrear de forma simplificada el proceso fotosintético, pero el gran problema es encontrar una infraestructura eficaz para comercializar y hacer viable este tipo de energía.

Importancia 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.

Protección de las plantas contra el sol

El proceso fotosintético es más eficiente con niveles promedio de luz solar. A pleno sol, especialmente a mediodía, las plantas absorben mucha más energía de la que pueden usar. Si no encuentra una forma de dispersar la energía de una manera segura la clorofila pasa a un estado hiperexitado, desde el cual su energía puede transferirse al oxígeno dando como resultado "oxígeno singulet", un potente oxidante, que puede causar daño indiscriminado a la planta e inclusive su muerte. Entre los mecanismos antioxidantes para protección de las plantas se encuentran:

• los carotenoides: que son capaces de detoxificar a la planta del "oxígeno singulet" capturando su energía y disipándola en forma de calor.
• atenuación no fotoquímica de la energía solar: proceso en el cual interviene una proteína que se encuentra asociada al fotosistema II conocida por las siglas PsbS.

¿Por qué las hojas son verdes?

Es increíble, pero menos del 5 % de la energía que emite el sol se utiliza en la fotosíntesis. En las plantas, el proceso de fotosíntesis se desarrolla en los cloroplastos de las células vegetales. Este órgano contiene el pigmento llamado clorofila (pigmento verde) que se encarga de absorber la luz del sol. Las plantas contienen tanto clorofila a, que absorbe principalmente luz roja y violeta, como la clorofila b, que absorbe luz roja y azul.

Ambos tipos de clorofila reflejan la luz verde, este es el motivo de por qué las hojas son verdes. La clorofila b y los carotenoides (otro pigmento en los cloroplastos) son pigmentos accesorios. Los cloroplastos, que contienen la clorofila, están en membranas llamadas tilacoides. La ecuación general de la fotosíntesis es:

6CO₂ + 6H₂O + energía → C₆H₁₂O₆ + 6O₂