Fotosíntesis: ¿Qué, dónde, cómo y por qué?
Introducción a la fotosíntesis
¿Qué es la fotosíntesis? Para muchos, es algo que hemos aprendido o de lo que hemos oído hablar, pero los detalles se nos han ido olvidando con el paso de los años. Por eso, hemos pensado que te vendría bien repasar los puntos más importantes y la terminología de este proceso tan increíble.
Es inevitable que haya algo de bioquímica, pero lo mantendremos sencillo y fácil de seguir. Estos son los temas:
- ¿Qué es la fotosíntesis?
- ¿Cómo funciona la fábrica de Photosynthesis?
- ¿Por qué es importante la fotosíntesis?
Cuando termines de leer este artículo, esperamos que seas capaz de explicar la fotosíntesis como un auténtico experto.
Fig. 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».
La planta acaba utilizando estos azúcares como energía, necesaria para muchos procesos metabólicos, como el crecimiento del tallo, la producción de hojas, la floración y la fructificación.
Fig. 2
Lugar donde se produce la fotosíntesis: ¿dónde tiene lugar?
En el caso de las plantas verdes, la fotosíntesis La fotosíntesis se produce en las partes «verdes» de la planta, es decir, en las hojas.
Echa un vistazo a la figura 4.
- Las hojas están formadas por células vegetales rodeadas por una membrana exterior.
- Dentro de la célula de la hoja hay unos objetos más pequeños con forma de alubia que se llaman cloroplastos.
- Dentro del cloroplasto hay una serie de estructuras apiladas con forma de tortita que se llaman tilacoides.
- Los tilacoides tienen una membrana externa; dentro de esta membrana tiene lugar la primera fase de la fotosíntesis.
Fig. 3 (Albert Melu en Unsplash)
Fig. 4 – Dónde se produce la fotosíntesis.
How does the Photosynthesis factory work?
Puedes imaginarte 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 los productos que se obtienen son azúcar y oxígeno. El azúcar vuelve a la planta para procesos metabólicos. El oxígeno se expulsa 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
¿Por qué es importante la fotosíntesis?
La historia de dos fábricas de fotosíntesis
En realidad, la fotosíntesis se compone de dos procesos: las reacciones lumínicas y el ciclo de Calvin.
Primero vamos a hablar de las reacciones lumínicas en la membrana tilacoide. El objetivo de esta fábrica es aprovechar la energía luminosa para convertirla en una forma más útil.
Fig. 7 – Las dos fábricas de la fotosíntesis.
Light Reactions Factory – MATERIAS PRIMAS
En la figura 9 puedes ver cómo entra la luz en nuestro sistema. También puedes ver el agua que entra en el sistema. Y puedes ver cómo sale el oxígeno del sistema.
Fig. 8 – El tilacoide
Fig. 9 – Parámetros de las reacciones lumínicas
Reacciones lumínicas: acumulación de energía
En la figura 11 (círculos rojos), la energía de la luz se convierte en H+ y e- en un proceso llamado «transporte de electrones». Son las energías o la electricidad que se acumulan durante todo el proceso.
Además, en la figura 11 (círculos azules) se muestran los productos del proceso: el ATP y el NADPH. Son reservas temporales de energía (baterías) que se usan en la segunda fase de la fotosíntesis. Así pues, esta primera parte de la fotosíntesis tiene como objetivo acumular reservas de energía que se utilizarán en la segunda «fábrica».
Fig. 10 – El tilacoide
Fig. 11 – Reacciones lumínicas – Acumulación de energía
La segunda fábrica de la fotosíntesis: el ciclo de Calvin
La segunda etapa es donde sintetizamos el azúcar; se llama «ciclo de Calvin», en honor al famoso bioquímico Melvin Calvin.
En la figura 13 puedes ver cómo el ATP y el NADPH procedentes de la reacción lumínica se utilizan como materia prima en el ciclo de Calvin (letras E y D).
Ten en cuenta también que el dióxido de carbono se utiliza en el ciclo de Calvin (letra F). El producto final es el 3-fosfoglicerato de azúcar (letra G).
Ten en cuenta que el ciclo de Calvin tiene lugar justo fuera del tilacoide, en los espacios del estroma del cloroplasto.
Fig. 12 – Melvin Calvin
Fig 13 – La historia de dos «fábricas» de fotosíntesis: el ciclo de Calvin. (5 de septiembre de 2023). En Wikipedia. https://en.wikipedia.org/wiki/Calvin_cycle
¿Y qué hay de la clorofila?
Todavía tenemos que hablar de la clorofila, la molécula esencial que se encarga 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 azules y rojas.
Fig. 14 – Molécula de clorofila
Fig. 15 – Luces de cultivo
Si volvemos a la cadena de reacción de la luz en la membrana tilacoide, verás que hay un módulo PSII y otro PSI. Aquí es donde está la clorofila.
La PSII y la PSI contienen dos tipos de clorofila: la a y la b. Ambos tipos de clorofila absorben la luz azul y la 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 eficaz absorbiendo la luz roja a 680 nm, y el PSI es más eficaz absorbiendo la luz roja a 700 nm, lo que se conoce como luz roja lejana. Se trata principalmente de la clorofila a. Te lo cuento
Fig. 16 – La clorofila en el PSII y el PSI
¿Qué es la energía luminosa?
La luz contiene energía que alimenta toda la actividad fotosintética. Cuando piensas en la energía luminosa, puedes planteártela desde dos perspectivas: la luz como partículas y la luz como ondas; esa es la naturaleza dual de la luz.
Fig. 17 – Espectro obtenido con el espectrómetro
La luz como partículas
Si piensas en la luz como una partícula, puedes imaginarte unas gotitas de luz cayendo sobre una hoja. A estas gotitas se las llama fotones.
Fig. 20 – La luz como partículas
Si aumentas el brillo o la intensidad de la luz, aumenta el número de fotones y, con ello, la energía.
Fig. 18 – Brillo o intensidad
Ligera como las olas
Cuando pienses en la luz como ondas, deberías pensar en los colores. Y hablamos del 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 que tendrás fotones azules, rojos, verdes, amarillos, etc. Los fotones azules tendrán más energía que los rojos.
El PSII absorberá fotones azules, que son una fuente de energía muy alta, para producir NADPH y ATP cargados de energía. La mayoría de las hojas que están por encima del dosel reciben la cantidad necesaria de luz azul para la fotosíntesis.
Sin embargo, las hojas que están debajo del dosel pueden seguir realizando la fotosíntesis porque aún les llega algo de luz azul y roja. De hecho, la gama de colores de la clorofila a es más amplia que la de la clorofila b, para poder absorber la mayor cantidad posible de luz incluso a la sombra.
Fig. 22 – Fotones y longitudes de onda
Cómo usar un medidor espectral de PAR para medir la energía luminosa.
Puedes usar un medidor espectral de PAR para medir la energía lumínica de las lámparas 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 gran cantidad de fotones azules de alta energía que el PSII puede aprovechar; sin embargo, el color azul no se ajusta a la absorción óptima de la clorofila. Por la forma del espectro se nota que es una lámpara LED para cultivo; si se trata de una lámpara LED «dinámica», hay que ajustar los colores.
Fig. 23 – Fotones y longitudes de onda
Fotosíntesis Resumen
La fotosíntesis es el proceso que utilizan las plantas para producir azúcar, un elemento esencial para muchas funciones metabólicas. Este proceso tiene lugar en lo más profundo de la célula de la planta, en un lugar llamado membrana tilacoide. Es como la cadena de montaje de una fábrica, con insumos (luz, agua, CO₂) y productos (oxígeno y azúcar).
La fotosíntesis consta de dos etapas: la reacción lumínica y el ciclo de Calvin. En la etapa de la reacción lumínica se aprovecha la energía de la luz y se transforma en una forma más aprovechable (ATP y NADPH).
El ciclo de Calvin utiliza ATP y NADPH para sintetizar el azúcar que se utilizará en procesos metabólicos posteriores, como el crecimiento de las plantas, la floración y la fructificación.
La fotosíntesis es una de las maravillas de la naturaleza, y conocer bien los conceptos básicos te da la confianza necesaria para ajustar los parámetros y mejorar la productividad agrícola.
Pero la fotosíntesis es solo la mitad de la historia de las luces de cultivo. En la próxima entrada, te mostraremos cómo las plantas usan la luz para crecer, florecer y dar frutos.
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Fig. 24 – Fotosíntesis
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