• La Fotosintesis
Podemos definir a la fotosíntesis como un proceso de transformación de la materia inorgánica en materia orgánica para convertirlos en azúcares; es decir, la planta aprovecha la luz del sol, el agua y el anhidrido carbónico, para así formar almidón y en este proceso libera oxígeno, esencial para la vida en nuestro planeta. Es por eso que la fotosíntesis es uno de los ciclos mas importantes para los seres vivos.
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La fotosintesis se realiza en organismos fotosinteticos.


En forma mas sencilla es el proceso en el que los autótrofos fabrican su propio alimento.
La fotosíntesis es seguramente el proceso bioquímico más importante de la Biosfera ya que ayuda a:
La síntesis de materia orgánica a partir de la inorgánica se realiza fundamentalmente mediante la fotosíntesis; luego irá pasando de unos seres vivos a otros mediante las cadenas tróficas, para ser transformada en materia propia por los diferentes seres vivos.
La transformación de la energía luminosa en energía química, necesaria y utilizada por los seres vivos.
Se libera oxígeno, que será utilizado en la respiración aerobia como oxidante.
Al cambio producido en la atmósfera primitiva, que era anaerobia y reductora.
Depende también la energía almacenada en combustibles fósiles como carbón,petróleo y gas natural.
El equilibrio necesario entre seres autótrofos y heterótrofos no sería posible sin la fotosíntesis.




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Proceso de fotosíntesis



FOTOSINTESIS
REACTIVOS
CO2, H2O
PRODUCTOS
C6H12O6, O2
ECUACION
6 CO2 + 6 H2O + E ---> C6H12O6 + 6O2


ORGANELO QUE REALIZA LA FOTOSÍNTESIS
La fotosíntesis ocurre en organelos específicos llamados CLOROPLASTOS, que se encuentran en células fotosintéticas, es decir, en células de productores expuestas al sol.
Se define como organelo en el que se llevan a cabo las actividades de producción de alimento en una célula.
A los cloroplastos se les consideran organelos productores de energía.
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ESTRUCTURA:
Tienen capas de membranas que parecen pilas de monedas
Cada pila de membrana es una GRANA
Las granas están rodeadas por una sustancia gelatinosa llamada ESTROMA.


El pigmento verde (clorofila) esta concentrada en las granas. La clorofila atrapa la energía solar y la célula vegetal la usa para elaborar su alimento.


ORGANISMOS QUE REALIZAN LA FOTOSINTESIS

Son todos los organismos FOTOSINTÉTICOS.

Por ejemplo:
Metaphitas inferiores (plantas celulares como las Algas, las Briófitas, musgos y Hepáticas) y superiores (plantas vasculares, cormófitas, Traqueofitas o Fanerógama con sus divisiones Angiospermas y Gimnospermas).
Algunos protozoarios como las Euglenofitas, y algunas especies de bacterias Fotosintéticas (verdes, pardas, rojas,) y las Cianophyceas o Algas verde-azules.


Algas
Algas

briofitas
briofitas

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ETAPAS DE LA FOTOSINTESIS

La Fotosíntesis ocurre en 2 principales: (1) la que depende de la energía de la luz y (2) la que no depende de la luz.
Las reacciones químicas que dependen de la energía luminosa se llaman reacciones dependientes de la luz. Las reacciones químicas que no dependen de la luz se llaman reacciones de oscuridad. Esto no significa que se lleven a cabo de noche, solo que no necesitan de la luz para que ocurran.
Las reacciones dependientes de la luz ocurren en las granas de los cloroplastos y las de oscuridad en el estroma.



•• REACCIONES DEPENDIENTES DE LA LUZ
La clorofila y otras moléculas de pigmento presentes en las granas del cloroplasto absorben la energía de luz.
Esto aumenta la energía de ciertos electrones en las moléculas de los pigmentos activándolos. Esto les lleva a un nivel de energía mas alto. A medida que los electrones de los pigmentos llagan a un nivel de energía mas bajo, liberan energía.
Los electrones regresan a un nivel de energía mas bajo al pasar por una cadena de transporte de electrones, en forma muy parecida a lo que ocurre en la respiración celular. En el proceso de liberación de energía de los electrones, se produce ATP. En otras palabras, la energía de los electrones se convierte en energía utilizable (ATP) en los cloroplastos. El ATP que se produce en las reacciones dependientes de la luz se utiliza en las reacciones de oscuridad de la fotosíntesis.
La producción de ATP no es el único resultado de las reacciones dependientes de la luz; el agua se rompe en iones de oxigeno e hidrógeno y se libera oxigeno. Algunas veces, se pueden ver pequeñas burbujas en la superficie de las hojas de plantas acuáticas. Estas burbujas contienen oxigeno que se ha liberado en las reacciones de la luz de la fotosíntesis. Los iones de hidrógeno que se forman cuando el agua se rompe, se unen en el portador de electrones para formar NADPH que se utiliza en las reacciones de oscuridad.

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•• REACCIONES DE OSCURIDAD
Ocurre en el estroma del cloroplasto, se usa bióxido de carbono y se forma glucosa.
Pueden ocurrir en presencia de luz, a pesar de que no es necesaria.
Incluyen una serie de reacciones llamadas el Ciclo de Calvin.
Cada paso esta bajo el control de una enzima.
PASOS:
1.. El bióxido de carbono se une a un compuesto llamado RDP (difosfato de ribulosa) para producir PGA (ácido fosfoglicérico).
2.. A partir del PGA y usando el ATP y los hidrógenos (que lleva el NADPH) formados durante las reacciones dependientes de luz, se sintetizan moleculas de un compuesto llamado PGAL (fosfogliceraldehído).
3.. En otra serie de reacciones, la glucosa se forma del PGAL.



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ETAPA CLARA

En la etapa clara la luz que "golpea" a la clorofila excita a un electrón a un nivel energético superior. En una serie de reacciones la energía se convierte (a lo largo de un proceso de transporte de electrones ) en ATP y NADPH. El agua se descompone en el proceso liberando oxígeno como producto secundario de la reacción. El ATP y el NADPH se utilizan para fabricar los enlaces C-C en la etapa oscura. Los fotosistemas son los conjuntos de moléculas de clorofila y otros pigmentos empaquetados en los tilacoides. En el "corazón" del fotosistema se encuentra la clorofila que absorbe la luz para convertirse en una forma "activada". La energía contenida en esta clorofila activada se utiliza para hacer funcionar la maquinaria química de la cual depende gran parte de la vida. Muchos procariotas tienen un solo fotosistema: el fotosistema II. Los eucariotas usan el fotosistema II más el fotosistema I. El fotosistema I usa la clorofila a en una forma denominada P700. El Fotosistema II usa una forma de clorofila. Ambas formas "activas" de la clorofila a funcionan en la fotosíntesis debido a su relación con las proteínas de la membrana tilacoide

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FOTOSISTEMAS
En la fotosíntesis cooperan dos grupos separados de pigmentos o fotosistemas, que se encuentran localizados en los tilacoides. Muchos organismos procariotes solamente tienen el fotosistema I (es el más primitivo desde el punto de vista evolutivo).

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Fotosistema I


Los organismos eucariotes poseen los fotosistemas I y II. El fotosistema I está asociado a las formas de clorofila a, que absorbe a longitudes de onda de 700 nm ( P700 ), mientras que el fotosistema II tiene un centro de reacción que absorbe a una longitud de onda de 680 nm ( P680 ). Cada uno de estos fotosistemas se encuentra asociado a polipeptidos en la membrana tilacoidal y absorben energía luminosa independientemente. En el fotosistema II, se produce la fotólisis del agua y la liberación de oxígeno; sin embargo ambos fotosistemas operan en serie, transportando electrones, a través de una cadena transportadora de electrones. En el fotosistema I se transfieren dos electrones a la molécula de NADP+ y se forma NADPH, en el lado de la membrana tilacoidal que mira hacia el estroma.

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Fotostema II

Existen dos tipos de fotosíntesis. La fotosíntesis anoxigénica o bacteriana en la que no se produce oxígeno y la fotosíntesis oxigénica o vegetal, en la que se desprende oxígeno y que es la más habitual. Los seres que realizan la fotosíntesis se denominan autótrofos o, más exactamente, fotoautótrofos.
Fotosíntesis vegetal

Las plantas toman dióxido de carbono del aire y agua del suelo y, con la energía del sol, sintetizan glucosa, un hidrato de carbono rico en energía (E), y liberan oxígeno. Este proceso tiene lugar en las hojas gracias a la clorofila, un pigmento contenido en los cloroplastos, unos orgánulos propios de las células vegetales.
Fotosíntesis bacteriana

En la fotosíntesis anoxigénica o bacteriana los organismos que la realizan no utilizan el agua como elemento dador de electrones, por lo que no existe producción de oxígeno. Existen tres tipos de organismos que realizan esta fotosíntesis: las sulfobacterias purpúreas y las sulfobacterias verdes, las cuales emplean sulfuro de hidrógeno, y las bacterias verdes que utilizan materia orgánica como sustancia donadora de electrones (por ejemplo, el ácido láctico).


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CUESTIONARIO

••
¿Para qué se utiliza la molécula de agua?
La fotosíntesis se suele identificar con el típico proceso de fijación de dióxido de carbono (CO2) que realizan las hojas de las plantas. En conjunto, la reacción conlleva la reducción de la molécula de CO2 con electrones extraídos del agua, que a su vez se oxida a dioxígeno (O2) y se libera a la atmósfera como producto residual. El CO2 así reducido se incorpora en forma de glucosa al metabolismo celular. No obstante, en un sentido más amplio y preciso fotosíntesis significa reducción y posterior asimilación no sólo de dióxido de carbono, sino también de ciertas formas inorgánicas de nitrógeno (dinitrógeno, nitrato y nitrito) y azufre (sulfato y sulfito), los otros dos bioelementos primordiales necesarios para la síntesis de las macromoléculas biológicas (proteínas, ácidos nucleicos, lípidos, etc.).
La función del agua en fotosíntesis es suministrar electrones para dichas reacciones redox, es decir, el agua interviene como fuente de electrones. Puesto que la molécula de agua es un agente reductor muy débil, sus electrones deben ser energetizados por los fotones de la luz solar, de forma tal que adquieran el potencial suficiente para reducir a las moléculas inorgánicas citadas de carbono, nitrógeno y azufre. La energetización de los electrones del agua se realiza gracias a la clorofila, el típico pigmento verde del mundo vegetal que actúa como receptor y conversor de la energía solar en energía química.


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•• ¿Cuáles son los productos iniciales y finales?
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•• ¿Para qué y cómo se utiliza la luz?
REACCIONES DEPENDIENTES DE LA LUZ

Las reacciones dependientes de la luz requieren luz; convierten la energía lumínica en energía química, que se captura en el ATP y el NADPH (una molécula que transporta electrones y átomos de hidrógeno). Solo la energía química puede hacer trabajo biológico. Las reacciones fotodependientes se resume como sigue:


12H2O + 12NADP+ + 18ADP + 18Pi
Luz
6O2 + 12NADPH + 18ATP
Clorofila

La energía lumínica se transforma en energía química cuando mueve electrones más lejos de sus núcleos atómicos: Recuérdese que cuando más lejos esta un electrón del núcleo más energía química retiene.

La energía adicional retenida por el electrón desplazado se libera cuando el electrón se mueve más cerca del núcleo del otro átomo: La energía liberada es capturada y utilizada para formar las moléculas transportadoras especiales, ATP o NADPH, las cuales luego son usadas en las reacciones independientes de la luz.

Las reacciones de fotosíntesis dependientes de la luz tienen lugar en membranas, donde enzimas y otras moléculas que promueven las reacciones son embebidas. En los cloroplastos de las plantas y las algas, estas membranas son bolsas aplanadas, llamadas tilacoides, que se organizan en pilas llamadas granas.

En la fase luminosa o dependiente de la luz, la luz excita un electrón que desencadena las reacciones de oxido-reducción para producir ATO y nadph utilizados para fabricar enlaces carbono-carbono

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•• ¿Cómo se produce el oxígeno?
El dióxido de carbono (CO2 ) es absorbido por los estamos de las hojas, y junto con el agua (H2O), que es absorbida por las raíces, llegan a los cloroplastos, donde con ayuda de la energía de la luz se produce la glucosa (C6 H12 O6).
· Durante esta reacción se produce oxígeno (O2), que es emitido al aire o al agua y es utilizado para la respiración de otros seres vivos. la fórmula sencilla de la reacción química es la siguiente:


6 CO2 + 12 H2O + energía de la luz = C6 H12 06 + 6 O2 + 6 H2O
Esto significa que se usan 6 moléculas de dióxido de carbono (CO2) más 12 moléculas de agua (H2O) más energía de la luz para producir una molécula de glucosa (C6 H12 O6) más 6 de oxígeno (O2) y quedan6moléculos de agua (H2O).

•• ¿Qué diferencia existe entre la fotosíntesis que realiza un nopal y el maíz?
Cam nopal
Las plantas CAM deben su nombre a la abreviatura de Crassulacean acid metabolism, que en castellano significa Metabolismo ácido de las crasuláceas. Éstas se caracterizan por presentar carboxilaciones separadas en el tiempo, es decir absorben el CO2 durante la noche y realizan fotosíntesis durante el día.


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C4 maiz

Las plantas C4 tienen modificado el mesófilo de las hojas y la incorporación del CO2 en moléculas intermedias de cuatro carbonos (de ahí viene su nombre) como el malato y el aspartato, a fin de evitar la fotorespiración a baja tensiones de CO2 (menos de 50 ppm) y reducen la pérdida de vapor de agua por vía estomática.

CAM y C4 son rutas metabólicas



•• ¿Por qué algunas plantas como el tilo americano, el chícharo o las habas no crecen bien en climas áridos?
Por que las carácterísticas de las plantas que crecen en climas aridos son muy específicas y no coinciden con las características de las habas, el tilio americano o el chicharo, estas son..


1. Plantas que sincronizan sus ciclos de vida, con los periodos de lluvia y crecen sólo cuando hay humedad. Cuando llueve con intensidad suficiente, sus semillas germinan y con gran rapidez crecen las plantas y forman vistosas flores. Los insectos son atraídos por las flores y las polinizan al viajar de unas a otras. Muchos de estos insectos poseen también unos ciclos vitales muy cortos, adaptados a los de las plantas de las que se alimentan.


2. Matorrales de largas raíces que penetran en el suelo hasta llegar a la humedad. Se desarrollan especialmente en desiertos fríos. Sus hojas se suelen caer antes que la planta se marchite totalmente y de esta forma pasa a un estado de vida latente, hasta que vuelva a haber humedad en el subsuelo.


3. Plantas que acumulan agua en sus tejidos. Son de formas suculentas, como los cactus o las euforbias y tienen paredes gruesas, púas y espinas para protegerse de los fitófagos. Su rigidez es otra forma de protegerse contra la desecación producida por el viento.


4. Microflora, que permanecen latentes hasta que se producen buenas condiciones para su desarrollo.

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¿Cuáles son los factores que influyen en la fotosíntesis?••
Factores que afectan al proceso fotosintético
La fotosíntesis realizada en una planta se mide indirectamente por el CO2 consumido o por el O2 liberado.


La fotosíntesis puede verse afectada por diversos factores, tanto internos como externos o ambientales.


1. Factores internos:
Se deben principalmente a la estructura de la hoja, es decir, en las hojas influye el grosor de la cutícula, la epidermis, el número de estomas y los espacios entre las células del mesófilo . Estos factores influyen directamente en la difusión del CO2 y O2 y también en la pérdida de agua.
Cuando la actividad fotosintética es alta se produce mucha glucosa, la cual es almacenada como almidón en los cloroplastos ,esto inhibe las reacciones fotosintéticas.


2. Factores externos:
Los principales factores externos que afectan a la fotosíntesis son:
La luz: puede afectar la fotosíntesis por tres de sus propiedades: calidad, cantidad y duración.La luz blanca contiene todo el espectro visible y la calidad de luz necesaria para estimular los pigmentos fotosintéticos.


La cantidad de luz se refiere a la intensidad luminosa. Cuando ésta aumenta la fotosíntesis también lo hace , pero si la intensidad de la luz es excesiva esta frena el proceso fotosintético.
La duración de la luz , es decir las horas de exposición a la luz durante el día, son también un factor importante para la fotosíntesis . En invierno, por ejemplo, la menor cantidad de luz reduce la tasa fotosintética, por lo que las plantas consumen sus reservas.

La disponibilidad de agua: este factor afecta cuando las células fotosintéticas sufren deficiencias. Corresponde principalmente al agua absorbida por las raíces.

La temperatura: es un factor ambiental muy variable; como los anteriores puede variar durante el día o a lo largo de un año.Los diferentes climas hacen variar la temperatura. Existen plantas de zonas frías que pueden realizar fotosíntesis a 0ºC y otras adaptadas a altas temperaturas ( como las plantas del desierto o plantas C4) que producen fotosíntesis entre los 15 y 35º C.


•• ¿Qué ocurre con la fotosíntesis durante el otoño?

Durante el otoño la cantidad de clorofila es menor. Esto ocurre como respuesta a una disminución de las horas de luz y de la temperatura.

En ese momento las plantas presentan las tonalidades rojizas y ocres, caracteristicas de los pigmentos distintos a la clorofila: carotenos (color naranja) y xantofilas (color amarillo).

Algunos organismos autótrofos poseen unos pigmentos llamados carotenoides que pueden ser de color anaranjado, amarillo o rojos. El color verde de la clorofila enmascara estos pigmentos sin embargo se pueden ver durante el otoño cuando disminuye la cantidad de clorofila.

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•• ¿Cuál es la importancia del proceso para el mantenimiento de la vida en el planeta?

Las plantas han tenido y tienen un papel fundamental en la historia de la vida sobre la Tierra. Ellas son las responsables de la presencia del oxígeno, un gas necesario para la mayoría de seres que pueblan actualmente nuestro planeta y que lo necesitan para poder respirar. Pero esto no fue siempre así. En un principio la atmósfera de la Tierra no tenía prácticamente oxígeno y era especialmente muy rica en dióxido de carbono (CO2), agua en forma de vapor ( H2O) , y nitrógeno (N) . Este ambiente hubiera sido irrespirable para la mayoría de las especies actuales que necesitan oxígeno para poder vivir.

Los primeros seres vivos no necesitaban oxígeno para poder respirar. Al contrario, este gas constituía un veneno para ellos. Fueron ciertas bacterias, junto con las plantas, las que, hace más de 2000 millones de años empezaron a iniciar el proceso de la fotosíntesis, transformando la atmósfera y posibilitando la vida tal como se conoce en la actualidad.

Todos estos organismos han contribuido y siguen contribuyendo a crear las condiciones adecuadas para que la vida sea posible en la Tierra. Gracias a los seres vivos que producen oxígeno, no solamente nos resulta posible respirar. También, de una forma indirecta, estos mismos seres han contribuido a la formación de la capa de ozono, un gas que se produce por la acción de la luz solar sobre el oxígeno. Esta capa nos protege de los perniciosos rayos ultravioleta.
Otra consecuencia de la fotosíntesis es la disminución del dióxido de carbono, un gas que, al al acumularse eleva la temperatura de la atmósfera porque retiene el calor de los rayos solares produciendo el famoso y fatal " efecto invernadero".

Las plantas nos han protegido durante muchos milenios del "calentamiento global" al absorber el exceso de dióxido de carbono. Lamentablemente, la combustión de combustibles fósiles ha aumentado los niveles de este gas tan espectacularmente que las propias plantas, cada vez menos importantes en número y variedad, ya no son capaces de solucionar el problema de un planeta cada vez más caliente.

Las plantas nos han protegido durante muchos milenios del "calentamiento global" al absorber el exceso de dióxido de carbono. Lamentablemente, la combustión de combustibles fósiles ha aumentado los niveles de este gas tan espectacularmente que las propias plantas, cada vez menos importantes en número y variedad, ya no son capaces de solucionar el problema de un planeta cada vez más caliente.

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•• ¿Qué factores ambientales pueden alterar el proceso fotosintético?
En el rendimiento de la fotosíntesis influyen diversos factores ambientales: la temperatura, la concentración de dióxido de carbono, la concentración de oxígeno, la intensidad luminosa, la falta de agua, el tiempo de iluminación y el color de la luz.

BIBLIOGRAFIA


•• Paginas Web

http://www.biologia.edu.ar/plantas/fotosint.htm

http://bio-cl.iespana.es/bio-cl/foto4.htm

http://www.wordreference.com/definicion/glucosa

**http://www.biologia.edu.ar/plantas/fotosint.htm**

http://www.fisicanet.com.ar/biologia/metabolismo/ap12_fijacion_de_carbono.php



•• Libros 1. Alexander, Bahret, Chaves, Courts, D´Alessio, "BIOLOGIA"
Prentice Hall 1992, New Jersey

2. Teresa Audesirk, Bruce E. Byers, Biologia: Ciencia y Naturaleza, 6a. edicicon, Prentice Hall. Capitulo 7. Energia Solar: Fotosintesis.