Fotosíntesis: definición, proceso y su papel vital en la Tierra
Fotosíntesis: descubre su definición, proceso paso a paso y su papel vital en la Tierra — cómo plantas y microorganismos transforman luz en energía y oxígeno.
La fotosíntesis es la forma en que las plantas y algunos microorganismos producen carbohidratos. Es un proceso químico endotérmico (toma calor) que utiliza la luz solar para convertir el dióxido de carbono en azúcares. Los azúcares son utilizados por la célula como energía y para construir otros tipos de moléculas. Fundamentalmente, la fotosíntesis convierte la energía de la luz en energía química.
La fotosíntesis es vital para la vida en la Tierra. Antes de la fotosíntesis, la Tierra no tenía oxígeno libre en su atmósfera; la aparición de organismos fotosintéticos llevó al aumento del oxígeno y permitió el desarrollo de formas de vida aeróbicas (evento conocido como la Gran Oxidación). Además de generar oxígeno, la fotosíntesis es la base de la mayoría de las cadenas tróficas: produce la materia orgánica que consumen herbívoros y, a su vez, carnívoros.
Las plantas verdes se construyen a sí mismas mediante la fotosíntesis. Las algas, los protistas y algunas bacterias también la utilizan. Algunas excepciones son los organismos que obtienen su energía directamente de reacciones químicas; estos organismos se denominan quimioautótrofos.
¿Qué ocurre químicamente?
La reacción general de la fotosíntesis en plantas y algas puede resumirse así (simplificada):
6 CO2 + 6 H2O + luz → C6H12O6 + 6 O2
Esto indica que el dióxido de carbono y el agua, usando la energía luminosa, se transforman en glucosa (un azúcar) y oxígeno. Gran parte de la energía luminosa se almacena en los enlaces químicos de los azúcares formados.
Estructura y pigmentos
La fotosíntesis en las células vegetales ocurre en los cloroplastos, orgánulos que contienen membranas llamadas tilacoides organizadas en pilas llamadas grana, y un fluido interno llamado estroma. En las membranas de los tilacoides se hallan los complejos proteicos y los pigmentos que capturan la luz.
- Clorofila: pigmento principal (clorofila a y b) que absorbe preferentemente luz roja y azul, reflejando el verde.
- Carotenoides: pigmentos accesorios que amplían el rango de longitudes de onda aprovechables y protegen contra el daño por exceso de luz.
Etapas del proceso
La fotosíntesis consta de dos grandes etapas interrelacionadas:
- Reacciones dependientes de la luz (en los tilacoides): la energía lumínica excita electrones en la clorofila, lo que impulsa la cadena de transporte de electrones. Se produce ATP y NADPH como formas de energía química y se fotoliza el agua, liberando O2.
- Ciclo de Calvin o fase oscura (en el estroma): utiliza el ATP y el NADPH para fijar CO2 y sintetizar carbohidratos. La enzima clave es la Rubisco, que incorpora CO2 a moléculas orgánicas, generando finalmente gliceraldehído-3-fosfato (G3P) que se transforma en azúcares.
Variaciones fotosintéticas
No todas las plantas realizan exactamente el mismo tipo de fijación de carbono. Entre las adaptaciones más importantes están:
- C3: el ciclo de Calvin directo; común en ambientes templados pero susceptible a la fotorespiración.
- C4: separa espacialmente la captura de CO2 y el ciclo de Calvin (en plantas como el maíz), reduciendo la fotorespiración y mejorando la eficiencia en condiciones cálidas y con alta luz.
- CAM: separa temporalmente la captura de CO2 y su fijación (plantas suculentas y desérticas), abriendo estomas de noche para reducir pérdida de agua.
Factores que afectan la velocidad de la fotosíntesis
- Luz: intensidad y longitud de onda influyen; existe un punto de saturación más allá del cual no aumenta la tasa.
- Concentración de CO2: a mayor CO2, en condiciones normales, la fijación puede incrementarse hasta cierto límite.
- Temperatura: afecta las enzimas (como la Rubisco); temperaturas muy bajas o muy altas reducen la eficiencia.
- Agua: la falta de agua cierra estomas y limita la entrada de CO2, reduciendo la fotosíntesis.
- Nutrientes: el nitrógeno, magnesio (parte de la clorofila) y otros minerales son necesarios para mantener estructuras y enzimas fotosintéticas.
Importancia ecológica y humana
La fotosíntesis es esencial por varias razones:
- Produce la mayor parte del oxígeno atmosférico que respiran los organismos aeróbicos.
- Genera la materia orgánica que sostiene redes alimentarias terrestres y acuáticas (producción primaria).
- Actúa como sumidero de carbono, capturando CO2 atmosférico y mitigando, en parte, el cambio climático.
- Es la base de la agricultura y de productos humanos: alimentos, fibras, madera y biocombustibles.
Eficiencia y desafíos
La conversión de energía luminosa a biomasa no es totalmente eficiente: gran parte de la energía se pierde como calor o en procesos como la fotorespiración. La investigación busca mejorar la eficiencia fotosintética en cultivos (mediante selección, biotecnología o manejo) para aumentar rendimientos y resiliencia frente al cambio climático.
En resumen, la fotosíntesis es un proceso bioquímico fundamental que sostiene la vida en el planeta al convertir la energía solar en energía química, producir oxígeno y alimentar las redes tróficas. Comprender sus mecanismos y limitaciones es clave para la biología, la agricultura y la gestión ambiental.
Energía de la luz solar, agua absorbida por las raíces, dióxido de carbono de la atmósfera. Éstas fabrican glucosa y oxígeno por fotosíntesis
Origen de la fotosíntesis
La fotosíntesis no es un accidente. Ocurre porque sus componentes se dan de forma natural en el espacio y se incluyen cuando se forman los planetas. No tenemos ni idea de lo común o raro que es este proceso. Sí sabemos que los elementos superiores se forman en las supernovas, y ese es el origen de todos los elementos superiores al helio. Se han analizado los elementos superiores encontrados en el cometa Halley.
Antes de la fotosíntesis, la atmósfera de la Tierra casi no tenía oxígeno. Incluso sin oxígeno, algunas formas de vida simples podrían haber existido. Pero el acontecimiento clave para la vida tal y como la conocemos fue el Gran Acontecimiento de Oxigenación.
Formas de hacerlo
La fotosíntesis puede ocurrir de diferentes maneras, pero hay algunas partes que son comunes.
6 CO2(g) + 6 H2 O + fotones → C6 H12 O 6(aq) + 6 O2(g)
dióxido de carbono + agua + energía luminosa → glucosa + oxígeno
El dióxido de carbono entra en la hoja a través de los estomas por difusión desde la atmósfera.
El agua es absorbida del suelo por las células de los pelos de la raíz, que tienen una mayor superficie adaptada para su captación de agua.
La fotosíntesis se produce en los cloroplastos de las hojas (u otros tejidos verdes). Contienen clorofila, el pigmento verde que absorbe la energía de la luz. En las hojas, las células en empalizada tienen cloroplastos para captar la luz.
El oxígeno se produce como resultado de la fotosíntesis y se libera a la atmósfera a través de la respiración. Todo el oxígeno de la atmósfera tiene su origen en las plantas (incluidos los microorganismos que realizan la fotosíntesis).
La glucosa se utiliza en la respiración (para liberar energía en las células). Se almacena en forma de almidón (que se vuelve a convertir en glucosa para la respiración en la oscuridad). La glucosa también puede convertirse en otros compuestos para el crecimiento y la reproducción, por ejemplo, celulosa, néctar, fructosa, aminoácidos y grasas.
El proceso
La fotosíntesis tiene dos conjuntos principales de reacciones (fases). Las reacciones dependientes de la luz, que necesitan la luz para realizar el trabajo; y las reacciones independientes de la luz, que no necesitan la luz para realizar el trabajo.
Fase dependiente de la luz
La energía luminosa del sol se utiliza para dividir las moléculas de agua (fotólisis). La luz solar incide en los cloroplastos de la planta. Esto hace que una enzima divida el agua. El agua, al dividirse, da oxígeno, hidrógeno y electrones.
El hidrógeno, junto con los electrones energizados por la luz, convierte el NADP en NADPH que luego se utiliza en las reacciones independientes de la luz. El gas oxígeno se difunde fuera de la planta como producto de desecho de la fotosíntesis, y el ATP se sintetiza a partir del ADP y del fosfato inorgánico. Todo esto ocurre en la grana de los cloroplastos.
Fase oscura
Durante esta reacción, los azúcares se acumulan utilizando el dióxido de carbono y los productos de las reacciones dependientes de la luz (ATP y NADPH) y varias otras sustancias químicas que se encuentran en la planta en el ciclo de Calvin. Por lo tanto, la reacción independiente de la luz no puede ocurrir sin la reacción dependiente de la luz. El dióxido de carbono se difunde en la planta y, junto con las sustancias químicas del cloroplasto, el ATP y el NADPH, se fabrica la glucosa y, finalmente, se transporta por la planta mediante la translocación.
Diagrama de un cloroplasto
Factores que afectan a la fotosíntesis
ver - discutir - editar
-4500 -
-
-4250 -
-
-4000 -
-
-3750 -
-
-3500 -
-
-3250 -
-
-3000 -
-
-2750 -
-
-2500 -
-
-2250 -
-
-2000 -
-
-1750 -
-
-1500 -
-
-1250 -
-
-1000 -
-
-750 -
-
-500 -
-
-250 -
-
0 -
Agua
Fotosíntesis
←
Agua más temprana
←
Meteoritos LHB
Hay tres factores principales que afectan a la fotosíntesis:
- Intensidad de la luz
- Concentración de dióxido de carbono
- Temperatura
Intensidad de la luz
Si la planta recibe poca luz, las reacciones dependientes de la luz no funcionarán eficazmente. Esto significa que la fotólisis (descomposición del agua por la luz) no se producirá rápidamente y, por lo tanto, se fabricará poco NADPH y ATP. Esta escasez de NADPH y ATP hará que las reacciones independientes de la luz no funcionen, ya que el NADPH y el ATP son necesarios para que las reacciones independientes de la luz funcionen.
La intensidad de la luz necesaria se puede investigar fácilmente en una planta acuática como el algodoncillo. Se pueden contar las burbujas de oxígeno desprendidas o medir su volumen. Cambiando la distancia entre la luz y la planta, se hace variar la intensidad de la luz. El cambio en la intensidad de la luz afectará al cambio en la tasa de fotosíntesis. La iluminación artificial puede utilizarse en la oscuridad para maximizar la tasa de fotosíntesis.
Niveles de dióxido de carbono
El dióxido de carbono se utiliza en las reacciones independientes de la luz. Se combina con el NADPH y el ATP y otras sustancias químicas diversas para formar glucosa. Por lo tanto, si no hay suficiente dióxido de carbono, habrá una acumulación de NADPH y ATP y no se formará suficiente glucosa.
Temperatura
Hay muchas enzimas que trabajan en las reacciones fotosintéticas, como la enzima de la fotólisis. Todas las enzimas funcionan mejor a su temperatura óptima. Todas las reacciones dependientes e independientes de la luz se producen normalmente a temperaturas medias u óptimas. Las plantas tropicales tienen una temperatura óptima más alta que las plantas adaptadas a climas templados.
Cuando las temperaturas son demasiado bajas, hay poca energía cinética, por lo que la velocidad de reacción disminuye. Si las temperaturas son demasiado altas, las enzimas se desnaturalizan y la catálisis de la reacción de fotosíntesis se detiene.
Los invernaderos deben mantener una temperatura óptima para el funcionamiento normal de las plantas.
Evolución temprana
Los primeros organismos fotosintéticos probablemente evolucionaron al principio de la historia de la vida. Es posible que utilizaran agentes reductores como el hidrógeno o el sulfuro de hidrógeno como fuentes de electrones, en lugar de agua. Las cianobacterias aparecieron más tarde y el exceso de oxígeno que produjeron provocó la catástrofe del oxígeno. Después de esto, la evolución de la vida compleja fue posible.
Eficacia
En la actualidad, la tasa media de captación de energía por fotosíntesis a nivel mundial es de unos 130 teravatios. Esto es unas seis veces más grande que la energía actual utilizada por la civilización humana. Los organismos fotosintéticos también convierten unos 100-115 mil millones de toneladas métricas de carbono en biomasa al año.
Páginas relacionadas
- Ciclo Calvin
- Respiración celular
- Fisiología vegetal
- Presión de la raíz
Preguntas y respuestas
P: ¿Qué es la fotosíntesis?
R: La fotosíntesis es un proceso utilizado por las plantas y algunos microorganismos para convertir el dióxido de carbono en azúcares utilizando la luz solar. Convierte la energía de la luz en energía química.
P: ¿Cuáles son los productos de la fotosíntesis?
R: Los productos de la fotosíntesis son los hidratos de carbono, que son utilizados por las células como energía y para construir otras moléculas.
P: ¿Cómo afecta la fotosíntesis a la vida en la Tierra?
R: La fotosíntesis es vital para la vida en la Tierra porque fue la responsable de introducir el oxígeno libre en la atmósfera. Sin ella, no habría vida en la Tierra.
P: ¿Quién utiliza la fotosíntesis?
R: Las plantas verdes, las algas, los protistas y algunas bacterias utilizan la fotosíntesis. Algunos organismos que obtienen su energía de reacciones químicas se llaman quimioautótrofos y no utilizan la fotosíntesis.
P: ¿La fotosíntesis es una reacción exotérmica o endotérmica?
R: La fotosíntesis es una reacción endotérmica, lo que significa que toma calor para producirse.
P: ¿En qué tipo de energía convierte la fotosíntesis la luz?
R: La fotosíntesis convierte la energía de la luz en energía química.
Buscar dentro de la enciclopedia