Fotosíntesis

Fotosíntesis

Las plantas son capaces de producir azúcar orgánica a partir de materia inorgánica (dióxido de carbono y agua).

Biología

Palabras clave

fotosíntesis, fase luminosa, fase oscura, cloroplasto, metabolismo constructivo, autotróf, hoja, luz, luz solar, oxígeno, material orgánico, dióxido de carbono, glucosa, energía solar, agua, dextrosa, producción de oxígeno, fijación del carbono, membrana interna, grana, tilacoide, estroma, fotosistema II, fotosistema I, pigmentos fotosintéticos, ATP, ATPasa, sistema de transporte de electrones, glicérico-3-fosfato, gliceraldehído-3-fosfato, difosfato de pentosa, transformación energética, ciclo, fotón, gases de la atmósfera, carbohidrato, Sol, metabolismo, planta, bioquímica, biología, _javasolt

Extras relacionados

Escenas

Principio de la fotosíntesis

  • CO₂ - El dióxido de carbono es una molécula inorgánica, a partir de la cual la planta produce una molécula orgánica, el azúcar. Las plantas son organismos autótrofos, es decir, son capaces de convertir la materia inorgánica en materia orgánica. Los organismos heterótrofos (los animales y hongos) no disponen de esta capacidad.
  • O₂ - Se libera como subproducto durante la fotosíntesis. En la Tierra, la fotosíntesis satisface la demanda de oxígeno de los organismos heterótrofos.
  • luz - Sus partículas son los fotones. La planta utiliza la energía de los fotones para producir el azúcar orgánico a partir del CO₂ inorgánico.
  • C₆H₁₂O₆ - La glucosa la producen las plantas a partir del CO₂ utilizando la energía luminosa.
  • H₂O - El agua llega a la planta desde el suelo. Durante la fotosíntesis se descompone en oxígeno, protones (H⁺) y electrones (e⁻).

La estructura de la hoja

  • haz vascular: xilema - Transporta agua y sales minerales. Durante la fotosíntesis la planta descompone el agua en oxígeno, protones (H⁺) y electrones (e⁻).
  • haz vascular: floema - Transporta nutrientes orgánicos disueltos en agua. Los azúcares producidos durante la fotosíntesis se transportan en el floema hacia las otras partes de la planta.
  • estoma - El CO₂ necesario para la fotosíntesis (que ocurre en el tejido parenquimático) entra en la hoja por aquí. El oxígeno liberado también sale a través del estoma y la transpiración ocurre a través de él, por eso es capaz de cerrarse para evitar la pérdida total del agua.
  • tejido parenquimático - Sus células contienen una gran cantidad de cloroplastos, en los cuales tiene lugar la fotosíntesis. La parte superior tiene una estructura empalizada, mientras que la parte inferior es esponjosa.
  • epidermis - Tiene una capa celular. Sus células no contienen cloroplastos excepto las células de guarda de los estomas. Sirven para la protección de la planta y, a través de los estomas, la comunicación con su entorno.

Fotosíntesis

  • haz vascular: xilema - Transporta agua y sales minerales. Durante la fotosíntesis la planta descompone el agua en oxígeno, protones (H⁺) y electrones (e⁻).
  • haz vascular: floema - Transporta nutrientes orgánicos disueltos en agua. Los azúcares producidos durante la fotosíntesis se transportan en el floema hacia las otras partes de la planta.
  • estoma - El CO₂ necesario para la fotosíntesis (que ocurre en el tejido parenquimático) entra en la hoja por aquí. El oxígeno liberado también sale a través del estoma y la transpiración ocurre a través de él, por eso es capaz de cerrarse para evitar la pérdida total del agua.
  • célula parenquimática - Contiene muchos cloroplastos, en los cuales tiene lugar la fotosíntesis.
  • CO₂ - El dióxido de carbono es una molécula inorgánica, a partir de la cual la planta produce una molécula orgánica, el azúcar. Las plantas son organismos autótrofos, es decir, son capaces de convertir la materia inorgánica en materia orgánica. Los organismos heterótrofos (los animales y hongos) no disponen de esta capacidad.
  • O₂ - Se libera como subproducto durante la fotosíntesis. En la Tierra, la fotosíntesis satisface la demanda de oxígeno de los organismos heterótrofos.
  • luz - Sus partículas son los fotones. La planta utiliza la energía de los fotones para producir el azúcar orgánico a partir del CO₂ inorgánico.
  • C₆H₁₂O₆ - La glucosa la producen las plantas a partir del CO₂ utilizando la energía luminosa.
  • H₂O - El agua llega a la planta desde el suelo. Durante la fotosíntesis se descompone en oxígeno, protones (H⁺) y electrones (e⁻).

Célula

  • aparato de Golgi - Juega un importante papel en la maduración de las proteínas.
  • red endoplasmática - Es una red de membranas situada dentro de la célula. Juega un papel en la síntesis de las proteínas, la maduración de la proteínas, la síntesis de los lípidos y la descomposición de ciertos materiales.
  • vesícula - Dentro de la célula, ciertas materias se transportan envueltas en vesículas. Un tipo de las vesículas es el lisosoma, donde ocurren la digestión de los materiales y la descomposición de materiales innecesarios.
  • plasma celular
  • vacuola - Es un compartimento lleno de líquido celular. Es importante en la regulación de la presión interna de la célula (presión de turgencia), la selección y almacenamiento de ciertos materiales.
  • cloroplasto - Se ocupa de la fotosíntesis. Utiliza la energía solar para convertir el dióxido de carbono en azúcar.
  • pared celular - Se compone de celulosa. Sirve para la protección de la célula, el mantenimiento de la forma de la célula y el sostén de los tejidos vegetales.
  • núcleo celular - Contiene la cromatina, que es el conjunto del ADN y proteínas. Las células de los animales, las plantas y los hongos son eucariotas, es decir, tienen núcleo celular. Las células procariotas (las bacterias) no tienen núcleo celular, su ADN se encuentra en el plasma celular.
  • membrana celular - Es una membrana lipídica que cubre la célula.
  • citoesqueleto - Es el responsable de la ubicación y el movimiento de los componentes celulares. Además, en las células de los animales que no tienen pared celular, sirve para el mantenimiento de la forma de la célula.
  • mitocondria - Suministran energía para la célula. Producen moléculas de ATP descomponiendo moléculas orgánicas. Es un compuesto fundamental en la obtención de la energía celular.

Fase luminosa

  • cloroplasto - Se ocupa de la fotosíntesis: utiliza la energía luminosa para producir azúcar a partir del CO₂. Tiene dos membranas: la interna contiene las enzimas de la fotosíntesis.
  • membrana interna - Los tilacoides son sacos aplanados que forman parte de la estructura de la membrana interna, y contienen las enzimas fundamentales de la fase luminosa de la fotosíntesis. Los tilacoides se apilan formando las granas.
  • grana
  • tilacoide
  • estroma
  • membrana tilacoide - Contiene las enzimas fundamentales de la fase luminosa de la fotosíntesis.
  • interior del tilacoide
  • fotosistema II - Contiene proteínas y pigmentos fotosintéticos. Capta luz cuya onda es de 680 nm. Sus pigmentos son la clorofila a, la clorofila b y la xantófila. El pigmento fundamental de su centro de reacción es la clorofila a. Cuando esta clorofila a absorbe un fotón, se excita y libera un electrón que llega al sistema de transporte de electrones.
  • fotosistema I - Contiene proteínas y pigmentos fotosintéticos. Capta luz cuya onda es de 700 nm. Sus pigmentos son la clorofila a, la clorofila b y el caroteno. El pigmento fundamental de su centro de reacción es la clorofila a. Cuando esta clorofila a absorbe un fotón, se excita y libera un electrón. El fotosistema reemplaza este electrón por un electrón captado del sistema de transporte de electrones.
  • e⁻
  • H₂O - El agua llega a la planta desde el suelo. Durante la fotosíntesis se descompone en oxígeno, protones (H⁺) y electrones (e⁻).
  • O
  • H⁺
  • O₂ - Se libera como subproducto durante la fotosíntesis. En la Tierra, la fotosíntesis satisface la demanda de oxígeno de los organismos heterótrofos.
  • PQ - Plastoquianina. Transfiere electrones liberados por el fotosistema II al complejo citocromo.
  • cit - Complejo citocromo. Consta de una proteína que contiene hierro. Acepta electrones del PQ y los transfiere al PC. Al mismo tiempo bombea H⁻ a la cavidad tilacoidal a través de la membrana.
  • PC - Plastocianina. Transfiere electrones desde el complejo citocromo al fotosistema I.
  • Fd - Ferredoxina. Transfiere electrones desde el fotosistema I a la molécula FNR.
  • FNR - Ferredoxina NADP reductasa. Transfiere electrones entre la ferrodoxina y la NADP, es decir, reduce el NADP.
  • fosfato
  • ADP
  • ATP - Se produce mediante la unión del ADP y el fosfato. Es una molécula fundamental en la obtención de la energía celular. Es utilizada cuando en la fase oscura se produce glucosa orgánica a partir de dióxido de carbono inorgánico.
  • NADP - Se reduce a NADPH al aceptar un electrón e⁻ del FNR y y un protón H⁺ que fluye a través de la ATPasa.
  • NADPH
  • ATPasa - Es una enzima capaz de producir ATP. Los iones H⁺ fluyen desde el lado interno de la membrana tilacoidal al lado externo. Los iones H⁺ se difunden hacia afuera debido a la alta concentración de H⁺ y la carga positiva excesiva. Por lo tanto, al fluir a través de la ATPasa, se libera energía que se usa para producir ATP.
  • sistema de transporte de electrones - Los electrones excitados del fotosistema II migran al fotosistema I a través de la cadena de transporte de electrones. Al mismo tiempo los iones H⁺ atraviesan la membrana y se acumulan en el interior del tilacoide.
  • fuerza motora sobre los H⁺

Fase oscura

  • ATP
  • ADP
  • NADPH
  • NADP
  • 5C - Molécula de azúcar con cinco átomos de carbono (pentosa-fosfato).
  • CO₂ - El dióxido de carbono es una molécula inorgánica a partir del cual la planta produce una molécula orgánica, el azúcar. Aumenta el número de átomos de carbono de la pentosa. La enzima que cataliza su fijación (RuBisCo) es la enzima fundamental de las reacciones oscuras.
  • 3C
  • 3C - Molécula de 3 átomos de carbono (gliceraldehído-3-fosfato).
  • 6C (glucosa) - Es el producto de la fotosíntesis, que se produce a partir de un azúcar de 5 átomos de carbono y el dióxido de carbono inorgánico de un átomo de carbono. La planta usa la glucosa en sus procesos metabólicos para sintetizar el almidón, y en los procesos anabólicos para producir ATP.
  • La fijación del CO₂, la producción del ácido glicérico-3-fosfato - Es la reacción fundamental de la fase oscura. Aquí se fija el dióxido de carbono inorgánico a la molécula de azúcar orgánica. La esencia de los procesos autótrofos es la producción de un material orgánico a partir de un material inorgánico. El número de átomos de carbono aumenta de 5 a 6, y el producto es dos moléculas de ácido glicérico-3-fosfato de 3 átomos de carbono. La reacción es catalizada por la enzima RuBisCo.
  • la producción del ácido glicérico-1,3-difosfato - El ácido glicérico-3-fosfato de 3 átomos de carbono se convierte en ácido glicérico-1,3-difosfato con el uso de ATP.
  • la producción del gliceraldehído-3-fosfato - El ácido glicérico-1,3-difosfato de 3 átomos de carbono se convierte en gliceraldehído-3-fosfato de 3 átomos de carbono. La reacción necesita NADPH y sale un fosfato inorgánico de la molécula (esto no se muestra en la animación).
  • la salida del gliceraldehído-3-fosfato del ciclo - Seis moléculas de gliceraldehído-3-fosfato salen del ciclo y son utilizadas por la célula para producir glucosa.
  • la producción de la pentosa-difosfato - En varios pasos, en reacciones catalizadas por las enzimas, con el uso de ATP, las moléculas de gliceraldehído-3-fosfato de 3 átomos de carbono se convierten en pentosa-difosfato (o ribulosa-1,5-difosfato) de 5 átomos de carbono. Esto también se denomina regeneración de la ribulosa-1,5-difosfato. El ciclo vuelve a empezar.

Hoja artificial

  • semiconductor nitruro - Es un semiconductor barato y ampliamente usado. Descompone el agua con la ayuda de la energía luminosa. Esto corresponde a la fase luminosa de la fotosíntesis.
  • catalizador metálico - Cataliza la reducción del dióxido de carbono. Esto corresponde a la fase oscura de la fotosíntesis. Produce un material orgánico (ácido fórmico) a partir del dióxido de carbono.
  • H₂O
  • O₂
  • H⁺
  • e⁻
  • CO₂
  • HCOOH (ácido fórmico)

Animación

Narración

La esencia de la fotosíntesis es que la planta utiliza la energía luminosa para producir un material orgánico, la glucosa, a partir del dióxido de carbono inorgánico. El subproducto del proceso es el oxígeno.

La fotosíntesis tiene lugar en las partes vegetales verdes como la hoja o el tallo suave. El color verde lo causa el tejido parenquimático, cuyas células contienen una gran cantidad de cloroplastos fotosintéticos.

Los cloroplastos tienen una membrana doble, a partir de la interna se forman los tilacoides en forma de discos. Los tilacoides se apilan creando las granas en forma de columnas. La membrana de los tilacoides contiene las enzimas fundamentales de la fase luminosa de la fotosíntesis.

Entre ellas, las más importantes son los dos fotosistemas y la cadena de transporte de electrones que se encuentra entre ellos. En los fotosistemas, se pueden encontrar pigmentos fotosintéticos unidos a proteínas. El más importante de ellos es la clorofila a. Las moléculas de clorofila a centrales del fotosistema II se excitan al ser afectadas por fotones y liberan un electrón. Estos electrones llegan al sistema de tranporte de electrones. La clorofila oxigenada reemplaza sus electrones faltantes con la molécula de agua, este proceso es la descomposición del agua: los oxígenos de las moléculas del agua se unen para formar moléculas de oxígeno, mientras que los protones se acumulan en el lado interno. El primer miembro de la cadena de transporte de electrones es la plastoquinona, que transfiere los electrones al complejo citocromo. El citocromo es una proteína que contiene hierro, que transfiere los electrones a la plastocianina, mientras que bombea más protones al lado interno. Los electrones llegan al fotosistema I de la cadena de transporte de electrones. La molécula de clorofila central del fotosistema I carece de un electrón, porque al ser afectada por los fotones, ha liberado electrones. Los electrones liberados, con la mediación de las moléculas de ferredoxina, llegan a la ferredoxina NADP reductasa. En la fase luminosa los protones se acumulan en el lado interno, por eso aumenta la concentración de protones y se forma un exceso de carga positiva. Esto crea una fuerza motora hacia fuera. Los protones pueden salir a través de la ATPasa, mientras que se libera energía, ya que el sistema pasa de un estado de alta energía a un estado de poca energía debido a la igualación de carga y concentración. La energía liberada es utilizada para la producción de ATP. Los protones y electrones salientes los acepta el NADP y se produce NADPH. En resumen: el uso de la energía de los fotones causa una distribución desigual de protones. La fuerza motora resultante se usa para la producción de ATP.

Las reacciones de la fase oscura no necesitan luz. Durante las reacciones oscuras, con el uso de la energía del ATP producido en la fase luminosa y los hidrógenos del NADPH, el dióxido de carbono se fija en las moléculas orgánicas. Empezamos con tres moléculas de azúcar con cinco átomos de carbono. La suma de sus átomos de carbono es quince. Una enzima puede fijar un dióxido de carbono a las tres moléculas de azúcar, mientras que los productos se dividen en dos. Así se forman seis moléculas con tres átomos de carbono. La suma de los átomos de carbono aumenta a dieciocho. Después, con el uso de un NADPH y un ATP para cada molécula, se produce el gliceraldehído-3-fosfato. Una de estas moléculas sale del ciclo, las tres restantes, con el uso de ATP, vuelven a formar tres moléculas de cinco átomos de carbono y el ciclo vuelve a empezar. En suma, en el ciclo, se libera una molécula de tres átomos de carbono, y para esto, se necesita ATP y NADPH producidos en la fase luminosa. En dos ciclos, se forman dos moléculas de tres átomos de carbono, que se unen y así forman una glucosa de seis átomos de carbono. La planta usa la glucosa para producir nutrientes y almidón, y para producir ATP durante los procesos anabólicos.

Existen experiencias para crear sistemas fotosintéticos artificiales. En la hoja artificial, las reacciones luminosas y oscuras ocurren en dos recipientes separados. Las reacciones luminosas ocurren en un semiconductor nitruro, donde la luz genera la descomposición del agua. El oxígeno sale en forma de burbujas, los protones y, a través de un alambre, los electrones llegan al otro recipiente, donde tienen lugar las reacciones oscuras. Aquí, con la ayuda del catalizador metálico, se produce ácido fórmico a partir del dióxido de carbono y el agua. El sistema facilita el uso de la energía solar. Además, facilita la reducción de la cantidad de dióxido de carbono en la atmósfera, que podrá ayudar en la reducción del efecto invernadero.

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