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8.6: La fotosíntesis y la importancia de la luz - Biología

8.6: La fotosíntesis y la importancia de la luz - Biología


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Objetivos de aprendizaje

  • Describir la función y la ubicación de los pigmentos fotosintéticos en eucariotas y procariotas.
  • Describir los principales productos de las reacciones dependientes e independientes de la luz.
  • Describir las reacciones que producen glucosa en una célula fotosintética.
  • Comparar y contrastar fotofosforilación cíclica y no cíclica

Organismos heterótrofos que van desde E. coli para los humanos dependen de la energía química que se encuentra principalmente en las moléculas de carbohidratos. Muchos de estos carbohidratos se producen mediante la fotosíntesis, el proceso bioquímico mediante el cual los organismos fototróficos convierten la energía solar (luz solar) en energía química. Aunque la fotosíntesis se asocia más comúnmente con las plantas, la fotosíntesis microbiana también es un proveedor importante de energía química, que alimenta muchos ecosistemas diversos. En esta sección, nos centraremos en la fotosíntesis microbiana.

La fotosíntesis tiene lugar en dos etapas secuenciales: las reacciones dependientes de la luz y las reacciones independientes de la luz (Figura ( PageIndex {1} )). En la reacción dependiente de la luzs, la energía de la luz solar es absorbida por moléculas de pigmento en las membranas fotosintéticas y se convierte en energía química almacenada. En la reacción independiente de la luzs, la energía química producida por las reacciones dependientes de la luz se usa para impulsar el ensamblaje de moléculas de azúcar usando CO2; sin embargo, estas reacciones siguen siendo dependientes de la luz porque los productos de las reacciones dependientes de la luz necesarios para impulsarlas son de corta duración. Las reacciones dependientes de la luz producen ATP y NADPH o NADH para almacenar energía temporalmente. Estos portadores de energía se utilizan en las reacciones independientes de la luz para impulsar el proceso energéticamente desfavorable de "fijar" el CO inorgánico.2 en forma orgánica, azúcar.

Estructuras fotosintéticas en eucariotas y procariotas

En todos los eucariotas fototróficos, la fotosíntesis tiene lugar dentro de un cloroplasto, un orgánulo que surgió en los eucariotas por endosimbiosis de una bacteria fotosintética (ver Características únicas de las células eucariotas). Estos cloroplastos están encerrados por una doble membrana con capas internas y externas. Dentro del cloroplasto hay una tercera membrana que forma estructuras fotosintéticas apiladas en forma de disco llamadas tilacoides (Figura ( PageIndex {2} )). Una pila de tilacoides se llama granum y el espacio que rodea al granum dentro del cloroplasto se llama estroma.

Las membranas fotosintéticas de los procariotas, por el contrario, no están organizadas en orgánulos distintos rodeados de membranas; más bien, son regiones infladas de la membrana plasmática. En las cianobacterias, por ejemplo, estas regiones infladas también se denominan tilacoides. En cualquier caso, incrustadas dentro de las membranas tilacoides u otras membranas bacterianas fotosintéticas hay moléculas de pigmento fotosintético organizadas en uno o más fotosistemas, donde la energía de la luz se convierte en energía química.

Los pigmentos fotosintéticos dentro de las membranas fotosintéticas se organizan en fotosistemas, cada uno de los cuales está compuesto por un complejo de captación de luz (antenas) y un centro de reacción. El complejo captador de luz consta de múltiples proteínas y pigmentos asociados que pueden absorber energía luminosa y, por lo tanto, excitarse. Esta energía se transfiere de una molécula de pigmento a otra hasta que finalmente (después de aproximadamente una millonésima de segundo) se entrega al centro de reacción. Hasta este punto, solo se ha transferido energía, no electrones, entre moléculas. El centro de reacción contiene una molécula de pigmento que puede someterse a oxidación tras la excitación y, de hecho, cede un electrón. Es en este paso de la fotosíntesis que la energía luminosa se convierte en un electrón excitado.

Los diferentes tipos de pigmentos captadores de luz absorben patrones únicos de longitudes de onda (colores) de luz visible. Los pigmentos reflejan o transmiten las longitudes de onda que no pueden absorber, haciendo que aparezcan del color correspondiente. Ejemplos de pigmentos fotosintéticos (moléculas que se utilizan para absorber la energía solar) son las bacterioclorofilas (verde, morado o rojo), los carotenoides (naranja, rojo o amarillo), las clorofilas (verde), las ficocianinas (azul) y las ficoeritrinas (rojo). Al tener mezclas de pigmentos, un organismo puede absorber energía de más longitudes de onda. Debido a que las bacterias fotosintéticas comúnmente crecen compitiendo por la luz solar, cada tipo de bacteria fotosintética está optimizada para recolectar las longitudes de onda de la luz a las que está expuesta comúnmente, lo que lleva a la estratificación de las comunidades microbianas en los ecosistemas acuáticos y del suelo por la calidad y la penetración de la luz.

Una vez que el complejo de captación de luz transfiere la energía al centro de reacción, el centro de reacción entrega sus electrones de alta energía, uno por uno, a un portador de electrones en un sistema de transporte de electrones, y se inicia la transferencia de electrones a través del ETS. El ETS es similar al que se usa en la respiración celular y está incrustado dentro de la membrana fotosintética. Finalmente, el electrón se usa para producir NADH o NADPH. El gradiente electroquímico que se forma a través de la membrana fotosintética se utiliza para generar ATP mediante quimiosmosis mediante el proceso de fotofosforilación, otro ejemplo de fosforilación oxidativa (Figura ( PageIndex {3} )).

Ejercicio ( PageIndex {1} )

En un eucariota fototrófico, ¿dónde tiene lugar la fotosíntesis?

Fotosíntesis oxigenica y anoxigena

Para que continúe la fotosíntesis, se debe reemplazar el electrón perdido del pigmento del centro de reacción. La fuente de este electrón (H2A) diferencia la fotosíntesis oxigénica de plantas y cianobacterias de la fotosíntesis anoxigénica realizada por otros tipos de fotótrofos bacterianos (Figura ( PageIndex {4} )). En la fotosíntesis oxigénica, H2O se divide y suministra el electrón al centro de reacción. Debido a que el oxígeno se genera como un subproducto y se libera, este tipo de fotosíntesis se conoce como fotosíntesis oxigenada. Sin embargo, cuando otros compuestos reducidos sirven como donantes de electrones, no se genera oxígeno; estos tipos de fotosíntesis se denominan fotosíntesis anoxigénica. Sulfuro de hidrógeno (H2S) o tiosulfato (S2O2−3) (S2O32−) pueden servir como donador de electrones, generando como resultado iones de azufre y sulfato elementales (SO2−4) (SO42−), respectivamente.

Los fotosistemas se han clasificado en dos tipos: fotosistema I (PSI) y fotosistema II (PSII) (Figura ( PageIndex {5} )). Las cianobacterias y los cloroplastos de plantas tienen ambos fotosistemas, mientras que las bacterias fotosintéticas anoxigénicas usan solo uno de los fotosistemas. Ambos fotosistemas se excitan simultáneamente con la energía luminosa. Si la célula requiere tanto ATP como NADPH para la biosíntesis, entonces llevará a cabo una fotofosforilación no cíclica. Al pasar el electrón del centro de reacción de PSII al ETS que conecta PSII y PSI, el electrón perdido del centro de reacción de PSII se reemplaza por la división del agua. El electrón del centro de reacción PSI excitado se usa para reducir el NADP+ a NADPH y es reemplazado por el electrón que sale del ETS. El flujo de electrones de esta manera se llama esquema Z.

Si la necesidad de una célula de ATP es significativamente mayor que su necesidad de NADPH, puede pasar por alto la producción de potencia reductora a través de la fotofosforilación cíclica. Solo se usa PSI durante la fotofosforilación cíclica; el electrón de alta energía del centro de reacción de PSI pasa a un portador ETS y luego finalmente regresa al pigmento del centro de reacción de PSI oxidado, reduciéndolo así.

Ejercicio ( PageIndex {2} )

¿Por qué una bacteria fotosintética tiene diferentes pigmentos?

Reacciones independientes de la luz

Después de que la energía del sol se convierte en energía química y se almacena temporalmente en moléculas de ATP y NADPH (con una vida útil de millonésimas de segundo), los fotoautótrofos tienen el combustible necesario para construir moléculas de carbohidratos de múltiples carbonos, que pueden sobrevivir durante cientos de millones de años. para almacenamiento de energía a largo plazo. El carbono proviene del CO2, el gas que es un producto de desecho de la respiración celular.

El ciclo de Calvin-Benson (llamado así por Melvin Calvin [1911-1997] y Andrew Benson [1917-2015]), la vía bioquímica utilizada para la fijación de CO2, se encuentra dentro del citoplasma de las bacterias fotosintéticas y en el estroma de los cloroplastos eucariotas. Las reacciones independientes de la luz del ciclo de Calvin se pueden organizar en tres etapas básicas: fijación, reducción y regeneración (consulte el Apéndice C para obtener una ilustración detallada del ciclo de Calvin).

  • Fijación: La enzima ribulosa bisfosfato carboxilasa (RuBisCO) cataliza la adición de un CO2 a bisfosfato de ribulosa (RuBP). Esto da como resultado la producción de 3-fosfoglicerato (3-PGA).
  • Reducción: Se utilizan seis moléculas de ATP y NADPH (de las reacciones dependientes de la luz) para convertir 3-PGA en gliceraldehído 3-fosfato (G3P). Luego se usa algo de G3P para generar glucosa.
  • Regeneración: El G3P restante que no se usa para sintetizar glucosa se usa para regenerar RuBP, lo que permite que el sistema continúe con el CO2 fijación. Se utilizan tres moléculas más de ATP en estas reacciones de regeneración.

El ciclo de Calvin es utilizado ampliamente por plantas y bacterias fotoautótrofas, y se dice que la enzima RuBisCO es la enzima más abundante en la tierra, que compone del 30% al 50% de la proteína soluble total en los cloroplastos vegetales.1 Sin embargo, además de su uso frecuente en fotoautótrofos, el ciclo de Calvin también es utilizado por muchos quimioautótrofos no fotosintéticos para fijar el CO2. Además, otras bacterias y arqueas utilizan sistemas alternativos para el CO2 fijación. Aunque la mayoría de las bacterias que utilizan las alternativas del ciclo de Calvin son quimioautótrofas, también se ha demostrado que ciertas bacterias fotoautótrofas de azufre verde utilizan una alternativa de CO2 vía de fijación.

Ejercicio ( PageIndex {3} )

Describe las tres etapas del ciclo de Calvin.

Conceptos clave y resumen

  • Los heterótrofos dependen de los carbohidratos producidos por los autótrofos, muchos de los cuales son fotosintéticos y convierten la energía solar en energía química.
  • Los diferentes organismos fotosintéticos utilizan diferentes mezclas de pigmentos fotosintéticos, que aumentan el rango de longitudes de onda de la luz que un organismo puede absorber.
  • Fotosistemas (PSI y PSII) cada uno contiene un complejo de captación de luz, compuesto por múltiples proteínas y pigmentos asociados que absorben la energía lumínica. los reacciones dependientes de la luz de la fotosíntesis convierten la energía solar en energía química, produciendo ATP y NADPH o NADH para almacenar temporalmente esta energía.
  • En fotosíntesis oxigenada, H2O sirve como donante de electrones para reemplazar el electrón del centro de reacción y el oxígeno se forma como un subproducto. En fotosíntesis anoxigénica, otras moléculas reducidas como H2Se puede usar S o tiosulfato como donador de electrones; como tal, el oxígeno no se forma como subproducto.
  • Fotofosforilación no cíclica se utiliza en la fotosíntesis oxigenada cuando existe la necesidad de producir tanto ATP como NADPH. Si las necesidades de ATP de una célula superan sus necesidades de NADPH, entonces puede llevar a cabo fotofosforilación cíclica en cambio, produce solo ATP.
  • los reacciones independientes de la luz de la fotosíntesis utilizan el ATP y el NADPH de las reacciones dependientes de la luz para fijar el CO2 en moléculas de azúcar orgánico.

Opción multiple

Durante las reacciones dependientes de la luz, ¿qué molécula pierde un electrón?

A. una molécula de pigmento que capta la luz
B. una molécula de pigmento del centro de reacción
C. NADPH
D. 3-fosfoglicerato

B

En los procariotas, ¿en qué dirección son bombeados los iones de hidrógeno por el sistema de transporte de electrones de las membranas fotosintéticas?

A. al exterior de la membrana plasmática
B. al interior (citoplasma) de la célula
C. al estroma
D. al espacio intermembrana del cloroplasto

A

¿Cuál de los siguientes no ocurre durante la fotofosforilación cíclica en cianobacterias?

A. transporte de electrones a través de un ETS
B. fotosistema que uso
C. Síntesis de ATP
D. Formación de NADPH

D

Cuáles son dos productos de las reacciones dependientes de la luz son ________.

A. glucosa y NADPH
B. NADPH y ATP
C. gliceraldehído 3-fosfato y CO2
D. glucosa y oxígeno

B

Verdadero Falso

La fotosíntesis siempre resulta en la formación de oxígeno.

Falso

Complete el espacio en blanco

La enzima responsable del CO2 la fijación durante el ciclo de Calvin se llama ________.

ribulosa bisfosfato carboxilasa (RuBisCO)

Los tipos de moléculas de pigmento que se encuentran en plantas, algas y cianobacterias son ________ y ​​________.

clorofilas y carotenoides

Respuesta corta

¿Por qué un organismo realizaría fosforilación cíclica en lugar de fosforilación no cíclica?

¿Cuál es la función de los pigmentos fotosintéticos en el complejo captador de luz?

Pensamiento crítico

¿Depende la vida de la fijación de carbono que se produce durante las reacciones de fotosíntesis independientes de la luz? Explicar.

Notas al pie

  1. 1 A. Dhingra y col. “Traducción mejorada de un cloroplasto expresado RbcEl gen S restaura los niveles de subunidades pequeñas y la fotosíntesis en RbcS plantas antisentido ". Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América 101 no. 16 (2004): 6315–6320.

Por qué estudiar la fotosíntesis

La fotosíntesis es posiblemente el proceso biológico más importante de la tierra. Al liberar oxígeno y consumir dióxido de carbono, ha transformado el mundo en el ambiente hospitalario que conocemos hoy. Directa o indirectamente, la fotosíntesis satisface todos nuestros requisitos alimentarios y muchas de nuestras necesidades de fibra y materiales de construcción. La energía almacenada en el petróleo, el gas natural y el carbón provino del sol a través de la fotosíntesis, al igual que la energía de la leña, que es un combustible importante en muchas partes del mundo. Siendo este el caso, la investigación científica sobre la fotosíntesis es de vital importancia. Si podemos comprender y controlar las complejidades del proceso fotosintético, podemos aprender cómo aumentar el rendimiento de los cultivos de alimentos, fibra, madera y combustible, y cómo usar mejor nuestras tierras. Los secretos de la recolección de energía de las plantas se pueden adaptar a los sistemas creados por el hombre que brindan formas nuevas y eficientes de recolectar y utilizar la energía solar. Estas mismas "tecnologías" naturales pueden ayudar a señalar el camino hacia el diseño de computadoras nuevas, más rápidas y más compactas, e incluso hacia nuevos avances médicos. Debido a que la fotosíntesis ayuda a controlar la composición de nuestra atmósfera, comprender la fotosíntesis es crucial para comprender cómo el dióxido de carbono y otros "gases de efecto invernadero" afectan el clima global. En este documento, exploraremos brevemente cada una de las áreas mencionadas anteriormente e ilustraremos cómo la investigación de la fotosíntesis es fundamental para mantener y mejorar nuestra calidad de vida.

Fotosíntesis y alimentación. Todas nuestras necesidades de energía biológica son satisfechas por el reino vegetal, ya sea directamente o a través de animales herbívoros. Las plantas, a su vez, obtienen la energía para sintetizar alimentos mediante la fotosíntesis. Aunque las plantas extraen los materiales necesarios del suelo y el agua y el dióxido de carbono del aire, la luz solar satisface las necesidades energéticas de la planta. La luz del sol es pura energía. Sin embargo, la luz solar en sí no es una forma de energía muy útil, no se puede comer, no puede convertir dínamos y no se puede almacenar. Para ser beneficioso, la energía de la luz solar debe convertirse en otras formas. De esto se trata la fotosíntesis. Es el proceso mediante el cual las plantas transforman la energía de la luz solar en tipos de energía que se pueden almacenar para su uso posterior. Las plantas realizan este proceso en centros de reacción fotosintética. Estas diminutas unidades se encuentran en las hojas y convierten la energía luminosa en energía química, que es la forma utilizada por todos los organismos vivos. Uno de los principales procesos de recolección de energía en las plantas implica el uso de la energía de la luz solar para convertir el dióxido de carbono del aire en azúcares, almidones y otros carbohidratos de alta energía. El oxígeno se libera en el proceso. Más tarde, cuando la planta necesita alimento, recurre a la energía almacenada en estos carbohidratos. Hacemos lo mismo. Cuando comemos un plato de espaguetis, nuestro cuerpo oxida o "quema" el almidón al permitir que se combine con el oxígeno del aire. Esto produce dióxido de carbono, que exhalamos, y la energía que necesitamos para sobrevivir. Por tanto, si no hay fotosíntesis, no hay alimento. De hecho, una teoría ampliamente aceptada que explica la extinción de los dinosaurios sugiere que un cometa, meteoro o volcán expulsó tanto material a la atmósfera que la cantidad de luz solar que llegaba a la tierra se redujo drásticamente. Esto, a su vez, provocó la muerte de muchas plantas y las criaturas que dependían de ellas para obtener energía.

Fotosíntesis y energía. Uno de los carbohidratos que resulta de la fotosíntesis es la celulosa, que constituye la mayor parte de la madera seca y otros materiales vegetales. Cuando quemamos madera, volvemos a convertir la celulosa en dióxido de carbono y liberamos la energía almacenada en forma de calor. La quema de combustible es básicamente el mismo proceso de oxidación que ocurre en nuestros cuerpos: libera la energía de la "luz solar almacenada" en una forma útil y devuelve el dióxido de carbono a la atmósfera. La energía de la quema de "biomasa" es importante en muchas partes del mundo. En los países en desarrollo, la leña sigue siendo fundamental para la supervivencia. El etanol (alcohol de grano) producido a partir de azúcares y almidones por fermentación es un importante combustible para automóviles en Brasil y se agrega a la gasolina en algunas partes de los Estados Unidos para ayudar a reducir las emisiones de contaminantes nocivos. El etanol también se convierte fácilmente en etileno, que sirve como materia prima para una gran parte de la industria petroquímica. Es posible convertir la celulosa en azúcar y luego en etanol varios microorganismos llevan a cabo este proceso. Algún día podría ser comercialmente importante.

Nuestras principales fuentes de energía, por supuesto, son el carbón, el petróleo y el gas natural. Todos estos materiales se derivan de plantas y animales antiguos, y la energía almacenada en ellos es energía química que originalmente provino de la luz solar a través de la fotosíntesis. Por lo tanto, ¡la mayor parte de la energía que usamos hoy era originalmente energía solar!

Fotosíntesis, fibra y materiales. La madera, por supuesto, no solo se quema, sino que es un material importante para la construcción y muchos otros propósitos. El papel, por ejemplo, es celulosa casi pura producida fotosintéticamente, al igual que el algodón y muchas otras fibras naturales. Incluso la producción de lana depende de la energía derivada de la fotosíntesis. De hecho, todos los productos vegetales y animales, incluidos muchos medicamentos y fármacos, requieren energía para producirse, y esa energía proviene en última instancia de la luz solar a través de la fotosíntesis. Muchas de nuestras necesidades de otros materiales se satisfacen con plásticos y fibras sintéticas que se producen a partir del petróleo y, por lo tanto, también son de origen fotosintético. Incluso gran parte de nuestro refinado de metales depende en última instancia del carbón u otros productos fotosintéticos. De hecho, es difícil nombrar un material o sustancia económicamente importante cuya existencia y utilidad no está ligada de alguna manera a la fotosíntesis.

Fotosíntesis y medio ambiente. Actualmente, existe mucha discusión sobre los posibles efectos del dióxido de carbono y otros "gases de efecto invernadero" en el medio ambiente. Como se mencionó anteriormente, la fotosíntesis convierte el dióxido de carbono del aire en carbohidratos y otros tipos de carbono "fijo" y libera oxígeno a la atmósfera. Cuando quemamos leña, etanol o carbón, petróleo y otros combustibles fósiles, se consume oxígeno y se libera dióxido de carbono a la atmósfera. Por lo tanto, el dióxido de carbono que se eliminó de la atmósfera durante millones de años está siendo reemplazado muy rápidamente a través de nuestro consumo de estos combustibles. El aumento de dióxido de carbono y gases relacionados afectará nuestra atmósfera. ¿Será este cambio grande o pequeño, y será perjudicial o beneficioso? Hoy en día, muchos científicos están estudiando activamente estas cuestiones. Las respuestas dependerán en gran medida del efecto de la fotosíntesis que realicen los organismos terrestres y marinos. Como la fotosíntesis consume dióxido de carbono y libera oxígeno, ayuda a contrarrestar el efecto de la combustión de combustibles fósiles. La quema de combustibles fósiles libera no solo dióxido de carbono, sino también hidrocarburos, óxidos de nitrógeno y otros materiales traza que contaminan la atmósfera y contribuyen a problemas ambientales y de salud a largo plazo. Estos problemas son consecuencia del hecho de que la naturaleza ha optado por implementar la fotosíntesis mediante la conversión de dióxido de carbono en materiales ricos en energía como los carbohidratos. ¿Se pueden utilizar los principios de la recolección de energía solar fotosintética de alguna manera para producir combustibles o fuentes de energía no contaminantes? La respuesta, como veremos, es sí.

Profesor emérito de los regentes


Importancia de la fotosíntesis y por qué es vital para la supervivencia de la vida

Todos sabemos que la fuente de vida en la Tierra es el Sol. ¿Pero sabías que sin la fotosíntesis, la energía derivada del Sol se desperdiciaría, dejando atrás un planeta sin vida? Aquí hay más.

Todos sabemos que la fuente de vida en la Tierra es el Sol. ¿Pero sabías que sin la fotosíntesis, la energía derivada del Sol se desperdiciaría, dejando atrás un planeta sin vida? Aquí & # 8217s más & # 8230

La forma más sencilla de entender qué es la fotosíntesis sería saber que se refiere al proceso de producción y liberación de oxígeno al aire. Es un proceso que realizan las plantas para producir sus propios alimentos y requiere luz solar directa, dióxido de carbono y agua (H2O). En el proceso de fotosíntesis, las plantas descomponen las moléculas de hidrógeno y dióxido de carbono en hidrógeno, carbono y oxígeno, para producir glucosa, que forma la fuente de su energía, crecimiento y alimento.

Productos de la fotosíntesis

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El producto principal de la fotosíntesis es la glucosa, que es la fuente de carbohidratos como celulosa, almidón, etc. También produce grasas, proteínas y azúcares solubles en agua como maltosa y sacarosa. Las plantas dependen de esta glucosa para su crecimiento y energía.

Todos los seres vivos de la tierra dependen de grasas, proteínas y carbohidratos para obtener su energía y, por lo tanto, tienen una dependencia directa de este proceso para su supervivencia.

Fotosíntesis y respiración

La importancia de la fotosíntesis se puede entender con respecto a nuestro proceso respiratorio. El proceso de respiración nos mantiene vivos y la fotosíntesis nos proporciona oxígeno para respirar.

Ambos procesos están interrelacionados y se sirven entre sí. Mientras que la fotosíntesis requiere dióxido de carbono y libera oxígeno para producir glucosa, la respiración necesita oxígeno al inhalar y libera dióxido de carbono al exhalar.

La fotosíntesis ocurre durante el día porque las plantas requieren luz solar para producir energía. Por otro lado, la respiración ocurre todo el tiempo mientras una criatura viviente está viva.

Cuando las plantas respiran, absorben dióxido de carbono del aire que les ayuda a preparar los alimentos (glucosa). Emiten oxígeno como parte del proceso de fotosíntesis. Esto sucede durante el día. Durante la noche, cuando no hay luz solar, los estomas (poros a través de los cuales la luz solar y el dióxido de carbono ingresan a las hojas) se cierran y las hojas liberan pequeñas cantidades de dióxido de carbono en el aire.

Fotosíntesis y medio ambiente

El nivel de dióxido de carbono en el medio ambiente depende en gran medida del proceso de fotosíntesis, que a su vez, depende de la cantidad de plantas y árboles que tengamos. El aumento o la disminución excesiva del nivel de dióxido de carbono puede producir resultados desastrosos en el planeta Tierra.

Las revoluciones industriales y el progreso técnico han llevado a demasiadas fábricas, casas de producción, edificios, carreteras, etc., aumentando así el uso de combustible y la liberación de desechos industriales y dióxido de carbono, que pueden ser muy dañinos para el medio ambiente.

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Por cierto, un aumento en el nivel de dióxido de carbono puede dañar el medio ambiente de manera similar, una disminución en el nivel puede hacer que el planeta se congele como CO2 ayuda a mantener nuestro planeta cálido y habitable. La fotosíntesis ayuda a mantener el equilibrio del nivel de dióxido de carbono en la naturaleza al absorber CO2 durante el día (y simultáneamente suministrando oxígeno a otros seres vivos) y liberándolo por la noche.

Fotosíntesis y vida

La fotosíntesis está directamente relacionada con la vida y supervivencia de todas las demás criaturas vivientes de la tierra. No solo proporciona oxígeno, sin el cual, respirar y estar vivo sería difícil, sino que también proporciona alimentos y energía a todos.

Entre todos los organismos vivos del planeta Tierra, solo las plantas son capaces de producir su propio alimento y obtener energía de él. Ninguna otra criatura viviente puede producir su alimento y, por lo tanto, depender de plantas u otras criaturas que se alimentan de plantas para sobrevivir. Por lo tanto, al producir energía, las plantas suministran todos los nutrientes y la energía necesarios directa y / o indirectamente a los demás seres vivos. La producción de esta energía es posible mediante la fotosíntesis.

A partir de todos los hechos anteriores, es evidente cómo la fotosíntesis juega un papel vital en la regulación del ciclo de vida en la Tierra. Ahora puede darse cuenta de su importancia cada vez que inhala y exhala, y eche un vistazo a las plantas en su patio trasero, vecindario o jardín delantero. La luz del sol, el agua y las plantas trabajan juntas para suministrarnos la fuente de energía cruda y ayudarnos a respirar oxígeno para vivir. La vida sin la fotosíntesis sería, por tanto, imposible.


Absorción de luz

La energía luminosa entra en el proceso de fotosíntesis cuando los pigmentos absorben la luz. En las plantas, las moléculas de pigmento absorben solo la luz visible para la fotosíntesis. La luz visible que ven los humanos como luz blanca existe en realidad en un arco iris de colores. Ciertos objetos, como un prisma o una gota de agua, dispersan la luz blanca para revelar estos colores al ojo humano. La porción de luz visible del espectro electromagnético es percibida por el ojo humano como un arco iris de colores, donde el violeta y el azul tienen longitudes de onda más cortas y, por lo tanto, mayor energía. En el otro extremo del espectro hacia el rojo, las longitudes de onda son más largas y tienen menor energía.


Las plantas contienen una amplia gama de productos químicos que se extraen y utilizan en la producción de medicamentos. La aspirina, el medicamento que se usa como analgésico y para reducir la coagulación de la sangre en pacientes cardíacos, se deriva del ácido salicílico, una sustancia química extraída de la corteza del sauce. Analgésicos (analgésicos) mucho más potentes, como la morfina y la codeína, se producen a partir del opio, la savia seca derivada de las semillas de la planta de amapola.

Hasta la fecha, el número de plantas sometidas a prueba para determinar sus propiedades medicinales es sólo de miles. Todavía hay un gran número por probar, incluidas muchas de las especies que provienen de las selvas tropicales. Las propiedades medicinales desconocidas de estas especies de plantas aumentan la importancia de proteger los hábitats naturales como las selvas tropicales.

La madera que se utiliza como material de construcción, combustible para la combustión y en la fabricación de papel se obtiene de los árboles.


Estructuras principales y resumen de la fotosíntesis

En los autótrofos multicelulares, las principales estructuras celulares que permiten la fotosíntesis incluyen los cloroplastos, los tilacoides y la clorofila.

Objetivos de aprendizaje

Describir las principales estructuras involucradas en la fotosíntesis y recordar la ecuación química que resume el proceso de la fotosíntesis.

Conclusiones clave

Puntos clave

  • La ecuación química para la fotosíntesis es [látex] 6CO_2 + 6H_2O rightarrow C_6H_ <12> O_6 + 6O_2. [/ Látex]
  • En las plantas, el proceso de fotosíntesis tiene lugar en el mesófilo de las hojas, dentro de los cloroplastos.
  • Los cloroplastos contienen estructuras en forma de disco llamadas tilacoides, que contienen el pigmento clorofila.
  • La clorofila absorbe ciertas porciones del espectro visible y captura la energía de la luz solar.

Términos clave

  • cloroplasto: Organelo que se encuentra en las células de plantas verdes y algas fotosintéticas donde tiene lugar la fotosíntesis.
  • mesófilo: Capa de células que comprende la mayor parte del interior de la hoja entre las capas superior e inferior de la epidermis.
  • estoma: Un poro en la epidermis de la hoja y el tallo que se utiliza para el intercambio gaseoso.

Descripción general de la fotosíntesis

La fotosíntesis es un proceso de varios pasos que requiere luz solar, dióxido de carbono y agua como sustratos. Produce oxígeno y gliceraldehído-3-fosfato (G3P o GA3P), moléculas de carbohidratos simples que tienen un alto contenido energético y que posteriormente se pueden convertir en glucosa, sacarosa u otras moléculas de azúcar. Estas moléculas de azúcar contienen enlaces covalentes que almacenan energía. Los organismos descomponen estas moléculas para liberar energía para su uso en el trabajo celular.

Fotosíntesis: La fotosíntesis utiliza energía solar, dióxido de carbono y agua para producir carbohidratos que almacenan energía. El oxígeno se genera como un producto de desecho de la fotosíntesis.

La energía de la luz solar impulsa la reacción del dióxido de carbono y las moléculas de agua para producir azúcar y oxígeno, como se ve en la ecuación química de la fotosíntesis. Aunque la ecuación parece simple, se lleva a cabo mediante muchos pasos complejos. Antes de conocer los detalles de cómo los fotoautótrofos convierten la energía luminosa en energía química, es importante familiarizarse con las estructuras involucradas.

Ecuación química para la fotosíntesis: La ecuación básica de la fotosíntesis es engañosamente simple. En realidad, el proceso incluye muchos pasos que involucran reactivos y productos intermedios. La glucosa, la fuente de energía primaria en las células, está hecha de dos moléculas GA3P de tres carbonos.

La fotosíntesis y la hoja

En las plantas, la fotosíntesis generalmente tiene lugar en las hojas, que constan de varias capas de células. El proceso de fotosíntesis ocurre en una capa intermedia llamada mesófilo. El intercambio gaseoso de dióxido de carbono y oxígeno se produce a través de pequeñas aberturas reguladas llamadas estomas (singular: estoma), que también desempeñan un papel en la regulación del equilibrio hídrico de la planta. Los estomas se encuentran típicamente en la parte inferior de la hoja, lo que minimiza la pérdida de agua. Cada estoma está flanqueado por células de protección que regulan la apertura y el cierre de los estomas al hincharse o encogerse en respuesta a los cambios osmóticos.

Estructura de una hoja (sección transversal): La fotosíntesis tiene lugar en el mesófilo. La capa de empalizada contiene la mayor parte del cloroplasto y la región principal en la que se lleva a cabo la fotosíntesis. La capa aireada y esponjosa es la región de almacenamiento e intercambio de gases. Los estomas regulan el dióxido de carbono y el equilibrio hídrico.

Fotosíntesis dentro del cloroplasto

En todos los eucariotas autótrofos, la fotosíntesis tiene lugar dentro de un orgánulo llamado cloroplasto. Para las plantas, existen células que contienen cloroplasto en el mesófilo. Los cloroplastos tienen una envoltura de doble membrana compuesta por una membrana externa y una interna. Dentro de la doble membrana hay estructuras apiladas en forma de disco llamadas tilacoides.

Incrustada en la membrana tilacoide se encuentra la clorofila, un pigmento que absorbe ciertas porciones del espectro visible y captura la energía de la luz solar. La clorofila da a las plantas su color verde y es responsable de la interacción inicial entre la luz y el material vegetal, así como numerosas proteínas que componen la cadena de transporte de electrones. La membrana tilacoide encierra un espacio interno llamado luz tilacoide. Una pila de tilacoides se llama granum, y el espacio lleno de líquido que rodea al granum es el estroma o & # 8220bed. & # 8221

Estructura del cloroplasto: La fotosíntesis tiene lugar en los cloroplastos, que tienen una membrana externa y una interna. Pilas de tilacoides llamadas grana forman una tercera capa de membrana.


8.6: La fotosíntesis y la importancia de la luz - Biología

¿Qué es la fotosíntesis y por qué es importante?
La fotosíntesis es un proceso durante el cual se recolecta energía de la luz y se utiliza para impulsar la síntesis de carbohidratos orgánicos a partir del dióxido de carbono y el agua, generando oxígeno. Photosynthesis is the only way that radiant energy from the sun can be converted into organic molecules for plants and animals to consume.

Structure of Chloroplasts
Chloroplasts are specialized organelles in plant cells for the purpose of photosynthesis. Each cell may contain 1-1000 copies of chloroplasts. Chloroplasts are double membrane structure with stacked disc-like membrane structure (called thylakoids) inside the stroma. Light reactions of photosynthesis occur in thylakoids, and dark reactions occur in stroma.

Physics of light
Quantum is the elemental unit of energy. Photon is a quantum of electromagnetic energy and it is particle of light.

Light reaction and photophosphorylation
Pigments embedded on thylakoid membranes form photosystems. There are of two types: PS I P700, PS II P680. Components of photosystem I and II transfer the electrons from water to NADP via cyclic electron transfer or non-cyclic electron transfer. During electron transfer, the light energy captured by the photosynthetic organisms is transformed into the phosphate bond energy of ATP. This is called photophosphorylation. NADPH is generated during non-cyclic electron transfer.

Dark reaction &ndash Calvin cycle
Second step of photosynthesis is called Calvin&rsquos cycle. Because it does not require light, so it is called dark reaction. During dark reaction, the ATP and NADPH generated by light reaction are consumed to fix carbon dioxide into organic carbohydrates. The first fixed carbohydrate is a three carbon compound 3-phosphoglycerate (3PGA). The final product is a high-energy 3 carbon compound glyceraldehyde-3-phosphate (G3P) which can be used to synthesize a broad range of organic molecules. An important intermediate molecule for carbon dioxide fixation is ribulose bisphosphate (RuBP), and the enzyme catalyzing the CO2 fixation is Rubisco.

Photorespiration
Under high oxygen and low carbon dioxide conditions, Rubisco favors binding to oxygen instead of carbon dioxide, therefore the energy produced in light reactions are consumed for no productivity of organic carbohydrates. The final result is that oxygen is consumed and CO2 is produced, which mimics respiration, and therefore named photorespiration.

C4 pathway
C4 cycle is the pathway adopted by C4 plants to conserve the carbon dioxide released via photorespiration. It adopts a new enzyme (PEPC, Phosphoenol pyruvate carboxylase) which does not react with oxygen it also adopted a separated compartment for CO2 up taking and fixation.

Photosynthesis is a process where by energy from light is harvested and used to drive synthesis of organic carbohydrates from carbon dioxide and water. Photosynthesis takes place in chloroplasts and can be divided into two steps: light reactions which require light and dark reactions which do not require light. During light reaction, light energy is captured by photosystems and electrons are transferred among the electron receptors. ATP and NADPH are generated. During dark reactions, CO2 is fixed using ATP and NADPH generated by the light reactions and organic carbohydrates are synthesized via the Calvin Cycle. When the CO2 is first fixed into a 3 carbon compound 3PGA, it is called C3 pathways and these plants are called C3 plants. The disadvantage of C3 plants is that they undergo photorespiration and thus waste some energy gained in light reactions. C4 cycle is the pathway adopted by C4 plants to bypass photorespiration.

  • General concept map to explain the photosynthesis features.
  • Pictorial explanation of light absorption and electron transfer
  • Graphic explanation on ATP generation.
  • Direct and easy-to-understand graphics on C3 pathways
  • Progressively logical explanation on C4 pathway

Importance of photosynthesis

Photorespiration and C4 pathway

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Generating an Energy Carrier: ATP

In the light-dependent reactions, energy absorbed by sunlight is stored by two types of energy-carrier molecules: ATP and NADPH. The energy that these molecules carry is stored in a bond that holds a single atom to the molecule. For ATP, it is a phosphate atom, and for NADPH, it is a hydrogen atom. NADH will be discussed further in relation to cellular respiration, which occurs in the mitochondrion, where it carries energy from the citric acid cycle to the electron transport chain. When these molecules release energy into the Calvin cycle, they each lose atoms to become the lower-energy molecules ADP and NADP + .

The buildup of hydrogen ions in the thylakoid space forms an electrochemical gradient because of the difference in the concentration of protons (H + ) and the difference in the charge across the membrane that they create. This potential energy is harvested and stored as chemical energy in ATP through chemiosmosis, the movement of hydrogen ions down their electrochemical gradient through the transmembrane enzyme ATP synthase, just as in the mitochondrion.

The hydrogen ions are allowed to pass through the thylakoid membrane through an embedded protein complex called ATP synthase. This same protein generated ATP from ADP in the mitochondrion. The energy generated by the hydrogen ion stream allows ATP synthase to attach a third phosphate to ADP, which forms a molecule of ATP in a process called photophosphorylation. The flow of hydrogen ions through ATP synthase is called chemiosmosis, because the ions move from an area of high to low concentration through a semi-permeable structure.


Which factors affect photosynthesis?
If any process is to take place then correct components and conditions are required. In the case of photosynthesis these are:

Additionally, it is most important that the chloroplasts have been able to develop their photosynthetic pigments in the thylakoid membranes. Without an adequate supply of magnesium and iron a plant suffers from chlorosis due to chlorophyll not developing. The leaf colour becomes yellow-green and photosynthesis is reduced.

If a component is in low supply then productivity is prevented from reaching maximum. In photosynthesis dióxido de carbono is a key limiting factor. The usual atmospheric level of carbon dioxide is 0.03%. In perfect conditions of water availability, light and temperature this low carbon dioxide level holds back the photosynthetic potential.

Clearly light energy is vital to the process of photosynthesis. It is severely limiting at times of partial light conditions, e.g. dawn or dusk.

Water is vital as a photosynthetic component. It is used in many other processes and has a lesser effect as a limiting factor of photosynthesis. In times of water shortage a plant suffers from a range of problems associated with other processes before a major effect is observed on photosynthesis.

A range of enzymes are involved in photosynthesis, therefore the process has an
optimum temperature above and below which the rate reduces (so the
temperature of the plant’s environment can be limiting!).

Compensation point
Photosynthesis utilises carbon dioxide whereas respiration results in its excretion. At night time during darkness a plant respires and gives out carbon dioxide. Photosynthesis only commences when light becomes available at dawn, if all other conditions are met. At one point the amount of carbon dioxide released by respiration is totally re-used in photosynthesis. This is the compensation point.

Beyond this compensation point the plant may increasingly photosynthesise as conditions of temperature and light improve. The plant at this stage still respires producing carbon dioxide in its cells and all of this carbon dioxide is utilised. However, much more carbon dioxide is needed which diffuses in from the air.

In the evening when dusk arrives a point is reached when the rate of photosynthesis falls due to the decrease in light and the onset of darkness. The amount of carbon dioxide produced at one point is totally utilised in photosynthesis. Another compensation point has arrived!

How useful is Photosynthesis?

Without doubt it is a most important process because it supplies carbohydrates and gives off oxygen. There are many more benefits in that glucose is a ‘starter’ chemical for the synthesis of many other substances.

Cellulose, amino acids, and lipids are among the large number of chemicals which can be produced as a result of the initial process of photosynthesis. The work of the Royal Mint produces the money to run the economy, photosynthesis supplies the energy currency for the living world.

The table shows some examples of where and how some carbohydrates are used.

Carbohydrate Use
deoxyribose (monosaccharide) DNA ‘backbone’
glucose (monosaccharide) leaves, nectar, blood as energy supply
sucrose (disaccharide) sugar beet as energy store
lactose (disaccharide) milk as energy supply
cellulose (disaccharide) protective cover around all plant cells
starch (polysaccharide) energy store in plant cells
glycogen (polysaccharide) energy store in muscle and liver


8.6: Photosynthesis and the Importance of Light - Biology

A pigment is any substance that absorbs light. The color of the pigment comes from the wavelengths of light that are reflected, or in other words, those wavelengths not absorbed. Chlorophyll, the green pigment common to all photosynthetic cells, absorbs all wavelengths of visible light except green, which it reflects. This is why plants appear green to us. Black pigments absorb all wavelengths of visible light that strike them. White pigments reflect most of the wavelengths striking them.

Each pigment has a characteristic absorption spectrum describing how it absorbs or reflects different wavelengths of light. Wavelengths absorbed by chlorophyll and other photosynthetic pigments generate electrons to power photosynthesis. All photosynthetic organisms have chlorophyll a which absorbs violet-blue and reddish orange-red wavelengths. Clorofila a reflects green and yellow-green wavelengths.

Accessory photosynthetic pigments, including chlorophyll B and beta-carotene, absorb energy that chlorophyll a does not absorb. Chlorophyll only triggers a chemical reaction when it is associated with proteins embedded in a membrane, such as in thylakoid membranes of the chloroplast or membrane infoldings found in photosynthetic prokaryotes.


Ver el vídeo: Cuál Es La Importancia De La Fotosíntesis Para Los Seres Vivos Y El Ambiente? (Julio 2022).


Comentarios:

  1. Thorley

    se ha presentado la situación absurda

  2. Freyne

    El tema es interesante, participaré en la discusión. Juntos podemos llegar a una respuesta correcta. Estoy seguro.

  3. Jukinos

    Estas equivocado. Ofrezco discutirlo. Escríbeme en PM, hablaremos.

  4. Sabah

    Ponte a los negocios, no a ninguna mierda.

  5. Micheal

    ¿Y lo intentaste?

  6. Mccloud

    Genial, esta es una pieza muy valiosa.

  7. Oakes

    tal vez veremos primero



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