La fotosíntesis:  que es, funciones, tipos y función en clima frio

Objetivos:

]  Darle a conocer a los lectores el concepto de fotosistesis mas ampliamente, transformándolo en un ejemplo claro de este.

]  Profundizar sobre las funciones que se emplean antes, durante y después de  la fotosisntesis para poder llevarlas a cabo en la vida cotidiana del ser humano

]  Identificar las diferencias entre los dos tipos de fases (fase luminosa, fase obscura), ubicándolas en la importancia de un clima frio como el de algunos países.

Planteamiento de la hipótesis: Si conocemos a profundidad el concepto de fotosíntesis, las funciones , sus dos etapas entonces sabremos cual es el papel de la fotosíntesis en la vida cotidiana del ser humano incluso podríamos diferenciar las distintas etapas por las cuales este proceso se identifica, además lograríamos describir el proceso en un clima frio.

Diseño experimental:

1.        Como lo primordial, investigaremos que es la fotosisntesis y que seres vivos llevan acabo este proceso

2.       Investigar y dar a conocer, las características de este

3.       Ordenar de mayor a menor importancia las funciones que lleva acabo el proceso, dando ejemplos, y desarrollándolos claramente.

4.       Describir las etapas de la fotosíntesis y compararlas con diferentes tipos de climas.

5.       Y Por ultimo enfocarnos un poco mas en la fotosíntesis en clima frio, como sucede, porque sucede de esa manera e incluso mencionar ejemplos para una mayor claridad.                                                              

     Introducción.

      La fotosíntesis, por su gran importancia en los ciclos de intercambio de materia y energía en los seres vivos, han sido objeto de investigación durante largo tiempo. En 1771, Joseph Priestley demostró que el aire viciado de una habitación podía ser purificado introduciendo platas. Posteriormente, se probó que solo las partes verdes de las plantas podían realizar esta función de purificación eliminando del aire el anhídrido carbónico. El pigmento que facilita este proceso fue denominado clorofila, debido al color de las hojas (del griego chlorós, verde, y  phyllon, hoja).

     

      Julius Sachs observo que la clorofila no estaba difundida en las hojas, si no que se encontraba incluida en los corpúsculos, a los que se dio el nombre de cloroplastos, y que los gránulos de almidón, morfológicamente muy diferentes para cada especie vegetal, eran el producto de la transformación del carbono inorgánico con la intervención directa de la luz solar. 

      De este modo llegaron a fijar los fundamentos científicos de una de las importantes reacciones bioquímicas naturales de las plantas, es decir, la síntesis de los azucares a partir de dos compuestos inorgánicos: el anhidrido carbónico y el agua, obtenidos por el vegetal, respectivamente, del aire y del suelo. En este proceso se acumula gran cantidad de energía  de la cual es captada (transformación de la energía luminosa en energía química), y se libera oxigeno al medio externo.

      La fotosíntesis es un proceso de oxidación -reducción  en el que el agua (reductora) cede hidrogeno ósea electrones, y el anhídrido carbónico (oxidante) los acepta. El proceso primario solo puede realizarse con la intervención de las luz, que provoca la descomposición del agua en sus elementos, es decir es oxigeno e hidrogeno; el oxigeno es desprendido en el aire o en el agua (según se trate de plantas terrestres o acuáticas) tras una serie de procesos enzimáticos.

      Toda la fotosíntesis se desarrolla en los cloroplastos, que se encuentran en las células de las partes  verdes del vegetal. Estos orgánulos celulares pueden presentar formas diversas, su tamaño es de 4-6 micras y están rodeados por una doble membrana, en el interior se encuentran unas laminillas en las que se diferencian unas pilas de disco (granos), en cuya superficie se disponen las moléculas de clorofila. Los fenómenos fotosintéticos no se delimitan solo a los vegetales superiores  y no siempre se utiliza el agua como fuente de poder reductor. Existen bacterias, las llamadas sulfobacterias purpúreas, que contienen un pigmento rojo (bacteripurpurina) y tiene necesidad de anhídrido carbónico como fuente de carbono para realizar la fotosíntesis, pero que en vez del agua utiliza el acido sulfhídrico como fuente de hidrogeno para sintetizar los glúcidos, y en vez de liberar oxigeno ceden azufre.

       

    

       En el estudio de la dependencia ambiental de la fotosíntesis, la pregunta inmediata es: ¿Cuáles factores ambientales pueden limitar  la fotosíntesis al mismo tiempo? El fisiólogo británico F.F. Blackman postulo en 1905 que, en cualquier condición, la tasa fotosintética estar limitada por la etapa más lenta, llamado por ello Factor limitante.

      

      La implicación de esta hipótesis es que, en cualquier momento, la fotosíntesis puede estar limitada por la luz o por la concentración de dióxido carbono, pero no por ambos factores. Esta hipótesis ha tenido una marcada influencia en las aproximaciones utilizadas por los fisiólogos vegetales para estudiar la fotosíntesis, es decir, se ha estudiado la fotosíntesis variando un factor y manteniendo las demás condiciones ambientales constantes.

Se han identificado tres etapas metabólicas cruciales para el optimo funcionamiento fotosintético:

1.       La actividad de la rubisco

2.       La regeneración de la ribulosa bisfosfato

3.       El metabolismo de las triosas fosfato

Las dos primeras etapas son las que predominan en condiciones naturales. La tabla muestra algunos ejemplos de cómo la luz y el dióxido de carbono pueden afectar a estas etapas metabólicas claves. 

     En la caracterización de la luz hay tres parámetros que son especialmente importantes: la calidad espectral, la cantidad y la dirección. En un análisis sobre la cantidad y la dirección con la que la luz alcanza la planta es necesario considerar la geometría de la parte de la planta que recibe la luz.

      Los sensores de luz planos se adaptan mejor a las hojas planas. La luz que alcanza la planta puede ser medida como energía, y la cantidad de energía que incide sobre un sensor plano por unidad de área y unidad de tiempo se denomina irradiación.  

      La canalización de la luz se produce cuando parte de la luz incide se propaga atreves de la vacuola central de las células en empalizada y a través de los espacios aéreos entre las células, una disposición que facilita la transmisión de parte de la luz al interior de la hoja.

      Bajo las capas en empalizada se encuentra el parénquima lagunar o mesofilo esponjoso, con células de forma irregular y rodeada de grandes espacios aéreos. Los grandes espacios aéreos generan muchas interfaces entre el aire y el agua que reflejan y refractan la luz, provocando que su dirección de transmisión sea al azar. Este fenómeno se denomina dispersión de la luz.

   

       La primera fase es un proceso que depende de la luz (reacciones luminosas), requiere la energía directa de la luz que genera los transportadores que son utilizados en la segunda fase. La fase independiente de la luz (reacciones de oscuridad), se realiza cuando los productos de las reacciones de luz son utilizados para formar enlaces covalentes carbono-carbono (C-C), de los carbohidratos. Las reacciones oscuras pueden realizarse en la oscuridad, con la condición de que la fuente de energía (ATP) y el poder reductor (NADPH) formados en la luz se encuentren presentes. Investigaciones recientes sugieren que varias enzimas del ciclo de Calvin, son activadas por la luz mediante la formación de grupos -SH ; de tal forma que el termino reacción de oscuridad no es del todo correcto. Las reacciones de oscuridad se efectúan en el estroma; mientras que las de luz ocurren en los tilacoides.

      

      El aumento de temperatura acelera las reacciones químicas de la fotosíntesis (como en cualquier otra reacción química), hasta alcanzar un máximo (llamado temperatura óptima de esa especie) por encima del cual comienzan a cerrarse los estomas para no perder agua (con lo que aumenta el O2 y disminuye el CO2, que en la página anterior vimos que paralizan la fotosíntesis), además de que los enzimas fotosintéticos se desnaturalizan con el calor (con lo que no sólo se paraliza, sino que disminuye la fotosíntesis).

Fotosíntesis Fase Oscura

La fase oscura de la fotosíntesis es una etapa en la que no se necesita la luz, aunque también se realiza en su presencia. Ocurre en los cloroplastos y depende directamente de los productos obtenidos en la fase lumínica.

En esta fase, el hidrógeno formado en la fase anterior se suma al dióxido de carbono gaseoso (CO₂) presente en el aire, dando como resultado la producción de compuestos orgánicos, principalmente carbohidratos; es decir, compuestos cuyas moléculas contienen carbono, hidrógeno y oxígeno.

Dicho proceso se desencadena gracias a una energía almacenada en moléculas de ATP que da como resultado el carbohidrato llamado glucosa (C₆H_I2O₆), un tipo de compuesto similar al azúcar, y moléculas de agua como desecho.

Después de la formación de glucosa, ocurre una secuencia de otras reacciones químicas que dan lugar a la formación dealmidón y varios carbohidratos más.

A partir de estos productos, la planta elabora lípidos y proteínas necesarios para la formación del tejido vegetal, lo que produce el crecimiento.

Cada uno de estos procesos no requiere de la participación de luz ni de la clorofila, y por ende se realiza durante el día y la noche. Por ejemplo, el almidón producido se mezcla con el agua presente en las hojas y es absorbido por unos tubitos minúsculos que existen en el tallo de la planta y, a través de éstos, es transportado hasta la raíz donde se almacena. Este almidón es utilizado para fabricar celulosa, el principal constituyente de la madera.

El resultado final, y el más trascendental, es que la planta guarda en su interior la energía que proviene del Sol.  Esta condición es la razón de la existencia del mundo vegetal porque constituye la base energética de los demás seres vivientes.

Importancia biológica de la fotosíntesis

La fotosíntesis es seguramente el proceso bioquímico más importante de la biósfera por varios motivos:

1. La síntesis de materia orgánica a partir de la materia 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.

2. Produce la transformación de la energía luminosa en energía química, necesaria y utilizada por los seres vivos

3. En la fotosíntesis se libera oxígeno, que será utilizado en la respiración aerobia como oxidante.

4. La fotosíntesis fue causante del cambio producido en la atmósfera primitiva, que era anaerobia y reductora.

5. De la fotosíntesis depende también la energía almacenada en combustibles fósiles como carbón, petróleo y gas natural.

6. El equilibrio necesario entre seres autótrofos y heterótrofos no sería posible sin la fotosíntesis.

La diversidad de la vida existente en la tierra depende principalmente de la fotosíntesis.

FOTOSÍNTESIS Y MEDIO AMBIENTE 

La fotosíntesis es, entonces, un proceso en virtud del cual los organismos con clorofila, como las plantas verdes, las algas y algunas bacterias, capturan energía del sol en forma de luz y la transforman en energía química. Prácticamente toda la energía que consume la vida de la biósfera terrestre (la zona del planeta en la cual hay vida) procede de la fotosíntesis. Aumento de las emanaciones de dióxido de carbono (CO₂).

Las investigaciones científicas indican que, aparentemente, la cantidad de dióxido de carbono (CO₂) atmosférico había permanecido estable durante siglos, en proporción de unas 280 ppm (partes por millón).

En los últimos años, la cantidad de bióxido de carbono en la atmósfera ha presentado un aumento. Se ha pasado de unas 280 ppm en la era preindustrial a unas 390 ppm en 2009 (aun cuando su concentración global en la atmósfera es de apenas 0,039 por ciento),  a causa del uso indiscriminado de los combustibles fósiles (carbón, petróleo y sus derivados).

Lo significativo de este cambio es que pudiera provocar un aumento de la temperatura de la Tierra a través del proceso conocido como efecto invernadero.

El CO₂ atmosférico tiende a impedir el enfriamiento normal de la Tierra, absorbiendo las radiaciones que usualmente ésta emite y que escapan al espacio exterior. Como el calor que escapa es menor, la temperatura global de la Tierra aumenta.

Un calentamiento global de la atmósfera tendría graves efectos sobre el medio ambiente. Aceleraría la fusión de los casquetes polares, haría subir el nivel de los mares, cambiaría el clima, alteraría la vegetación natural y afectaría las cosechas.

Algunos científicos rechazan las teorías del calentamiento, atribuyendo la subida de la temperatura a fluctuaciones normales del clima global. Sin embargo, otros predicen que el aumento de la concentración en la atmósfera de CO₂ y otros "gases invernadero" hará que las temperaturas continúen subiendo. Las estimaciones van de 2º a 6º C para mediados del presente siglo.

Referencias.                                                Imágenes:

Fisiología vegetal                                        http://irremediably-free.tumblr.com/

Eduardo Zeiger, Lincoln Taiz                      

2007

Enciclopedia Temática Ixpamex

Biología.

      

http://books.google.com.mx/books?id=7QIbYg OC5AC&printsec=frontcover&dq=fisiologia+vegetal&hl=es&sa=X&ei=ub6yULnDEMTcqAHS04Fg&sqi=2&ved=0CCwQ6AEwAA

http://books.google.com.mx/books?id=YNxwYAkhaqsC&pg=PA106&dq=fotosintesis&hl=es&sa=X&ei=l76yUKGKL8bOqAHZ64HoCQ&ved=0CCwQ6AEwAA#v=onepage&q=fotosintesis&f=false