Fotosíntesis: ¿Qué, dónde, cómo y por qué?
Introducción
¿Qué es la fotosíntesis? Para muchos, es algo que hemos aprendido o de lo que hemos oído hablar, pero los detalles se nos han escapado a lo largo de los años. Así que hemos pensado que podría ser útil repasar los puntos más destacados y la terminología de este asombroso proceso.
Algo de bioquímica es inevitable, pero la mantendremos sencilla y manejable. Estos son los temas:
- ¿Qué es la fotosíntesis?
- ¿Dónde se produce la fotosíntesis?
- ¿Cómo funciona la fotosíntesis?
- ¿Por qué es importante la fotosíntesis?
Al final de este artículo, esperamos que seas capaz de resumir la fotosíntesis como un profesional.
Figura 1
¿Qué es la fotosíntesis?
Como ya sabrá, la fotosíntesis es un proceso mediante el cual las plantas utilizan la energía de la luz para producir «azúcares«.
Al final, la planta utiliza estos azúcares como energía, necesaria para muchos fines metabólicos, como el crecimiento del tallo, la producción de hojas, la floración y la fructificación.
Figura 2
¿Dónde tiene lugar la fotosíntesis?
En el caso de las plantas verdes, la fotosíntesis tendrá lugar en las partes «verdes» de la planta, es decir, en las hojas.
Eche un vistazo a la figura 4.
- Las hojas están formadas por células vegetales rodeadas por una capa exterior.
- En el interior de la célula foliar se encuentran unos objetos más pequeños en forma de judía llamados cloroplastos.
- Dentro del cloroplasto se encuentran unos objetos apilados en forma de tortita llamados tilacoides.
- Los tilacoides tienen una membrana exterior – dentro de esta membrana se produce la primera parte de la fotosíntesis.
Fig 3 (Albert Melu en Unsplash)
Fig 4 – Dónde tiene lugar la fotosíntesis.
¿Cómo funciona la fotosíntesis?
Puedes pensar en la fotosíntesis como una pequeña fábrica que produce azúcar. Una fábrica necesita insumos como energía y materiales.
En nuestra fábrica de fotosíntesis, una hoja utiliza la energía de la luz, el H2O (agua) y el C02 (dióxido de carbono).
Y las salidas son azúcar y Oxígeno. El azúcar vuelve a la planta con fines metabólicos. El Oxígeno es expulsado como un producto de desecho vital que se convierte en el aire que respiramos.
Fig 5 – La fotosíntesis es como una fábrica
Fig 6 – Entradas y salidas de la fotosíntesis
Historia de dos fábricas
En realidad, dos fábricas componen la Fotosíntesis: las Reacciones Lumínicas y el Ciclo de Calvin.
Primero cubriremos las Reacciones Lumínicas en la membrana Tilacoide. El objetivo de esta fábrica es transformar la energía luminosa en una forma más aprovechable.
Fig 7 – Las dos fábricas de fotosíntesis.
Light Reactions Factory – ENTRADAS
En la Figura 9, se puede ver la luz que entra en nuestro sistema. También puede ver la entrada de agua en el sistema. Y puedes ver Oxígeno saliendo del sistema.
Fig 8 – El tilacoide
Fig 9 – Entradas de Reacciones Luminosas
Reacciones ligeras – Acumulación de energía
En la figura 11 (círculos rojos), la energía de la luz se convierte en H+ y e- en un proceso denominado transporte de electrones. Son las energías o la electricidad que se acumulan a lo largo del tratamiento.
También en la Figura 11 (círculos azules), son las salidas del proceso es ATP y NADPH. Son almacenes temporales de energía (baterías) que se utilizan para la segunda etapa de la fotosíntesis. Así pues, esta primera parte de la Fotosíntesis tiene por objeto constituir reservas de energía que se utilizarán en la 2ª fábrica.
Fig 10 – El tilacoide
Fig 11 – Reacciones ligeras – Acumulación de energía
La 2ª fábrica de fotosíntesis – El ciclo de Calvin
La 2ª fábrica o etapa es donde sintetizamos el azúcar – se llama Ciclo de Calvin, en honor al famoso bioquímico Melvin Calvin.
En la Figura 13, puedes ver el ATP y el NADPH del proceso de Reacción de la Luz utilizados como entrada en el Ciclo de Calvin (letras E y D).
También hay que tener en cuenta que el dióxido de carbono también se utiliza en el ciclo de Calvin (letra F). El producto final es el azúcar 3 fosfoglicerato (letra G).
Obsérvese que el Ciclo de Calvin tiene lugar inmediatamente fuera del Tilacoide , en los espacios del estroma del Cloroplasto.
Fig 12 – Melvin Calvin
Fig 13 – Historia de dos fábricas – Ciclo de Calvin. (2023, 5 de septiembre). En Wikipedia. https://en.wikipedia.org/wiki/Calvin_cycle
¿Y la clorofila?
Queda por hablar de la clorofila, la molécula esencial encargada de absorber la energía luminosa.
La clorofila es una molécula pigmentaria, llamada así porque refleja un color que hace que las hojas parezcan verdes. Los demás colores se absorben, sobre todo en las zonas azul y roja.
Fig 14 – Molécula de clorofila
Fig 15 – Luces de cultivo
Si volvemos a la línea de producción de la reacción luminosa en la membrana tilacoide, observaremos un módulo PSII y un módulo PSI. Aquí es donde reside la clorofila.
El PSII y el PSI contienen dos tipos de clorofila, a saber, a y b. Ambos tipos de clorofila absorben la luz azul y roja, y por eso las luces de cultivo suelen ser azules y rojas.
Sin embargo, las plantas son más sensibles a la luz roja. El PSII es más eficiente absorbiendo luz roja a 680 nm, y el PSI es más eficiente absorbiendo luz roja clara a 700 nm, lo que puede denominarse luz roja lejana. Afecta sobre todo a la clorofila-a.
Fig 16 – Clorofila en PSII y PSI
¿Qué es la energía luminosa?
La luz contiene la energía que alimenta toda la actividad fotosintética. Cuando se piensa en la energía luminosa, se puede contemplar desde dos perspectivas: la luz como partículas y la luz como ondas: es la naturaleza dual de la luz.
Fig 17 – Espectro del espectrómetro
La luz como partículas
Si pensamos en la luz como partícula, podemos imaginar gotas de luz cayendo sobre una hoja. Estas gotitas se denominan fotones.
Fig 20 – La luz como partículas
Si aumenta el brillo o la intensidad de la luz, aumenta el número de fotones y aumenta la energía.
Fig 18 – Brillo o intensidad
La luz como ondas
Cuando piensas en la luz como ondas, debes pensar en los colores. Y nos referimos al color en términos de longitudes de onda.
Las longitudes de onda de mayor frecuencia tienden hacia el espectro azul y tienen más energía, mientras que las de menor frecuencia tienden hacia el rojo y tienen menos energía.
Fig 21 – Color, longitud de onda y energía
Un Fotón tiene una longitud de onda asociada
Cada fotón de luz tendrá una longitud de onda asociada. Así, tendrás fotones azules, rojos, verdes, amarillos, etc. Los fotones azules tendrán más energía que los rojos.
El PSII absorberá fotones azules como una fuente de energía muy alta para producir NADPH y ATP cargados de energía. La mayoría de las hojas por encima del dosel reciben cantidades adecuadas de luz azul para la fotosíntesis.
Sin embargo, las hojas situadas bajo el dosel pueden seguir participando en la fotosíntesis, ya que parte de la luz azul y roja sigue penetrando en las hojas. De hecho, la gama de colores de la clorofila-a es más amplia que la de la clorofila-b, para permitir la mayor absorción posible de luz en la sombra.
Fig 22 – Fotones y longitudes de onda
Utilización de un medidor de PAR espectral para medir la energía luminosa.
Puedes utilizar un medidor de PAR espectral para ver la energía luminosa procedente de las luces de cultivo o del sol.
En la Figura 23, puedes ver un diagrama espectral que muestra las longitudes de onda de los fotones y sus intensidades.
Vemos una abundancia de fotones azules de alta energía que el PSII puede utilizar – sin embargo, el color azul no está alineado con la absorción óptima de la clorofila. Se puede decir por la forma del espectro, que se trata de una luz LED de crecimiento – si se trata de una luz LED «dinámica», los colores deben ser ajustados.
Fig 23 – Fotones y longitudes de onda
Resumen
La fotosíntesis es un proceso que utilizan las plantas para fabricar azúcar, un elemento vital utilizado para muchas funciones metabólicas. Este proceso está enterrado en lo más profundo de la célula de la planta, en un lugar llamado membrana tilacoide. Es como una línea de producción de una fábrica con entradas (Luz, Agua, CO2) y salidas (Oxígeno y Azúcar).
La fotosíntesis consta de dos etapas: la reacción a la luz y el ciclo de Calvin. La primera aprovecha la energía de la luz y la transforma en una forma más utilizable(ATP y NADPH).
El ciclo de Calvin utiliza ATP y NADPH para sintetizar el azúcar para procesos metabólicos posteriores como el crecimiento de la planta, la floración y la fructificación.
La fotosíntesis es una de las maravillas de la naturaleza, y conocer bien sus fundamentos da a los agricultores la confianza necesaria para ajustar los parámetros y mejorar la productividad agrícola.
Pero la fotosíntesis es sólo la mitad de la historia del cultivo con luz. En el próximo post, mostraremos cómo las plantas utilizan la luz para crecer, florecer y fructificar.
Fig 24 – Fotosíntesis
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