¿Qué es la fotosíntesis? ¿Qué organismos realizan este proceso?

1. ¿Qué es la fotosíntesis? ¿Qué organismos realizan este proceso? ¿Qué organelo celular la lleva a cabo y qué estructura tiene? ¿En qué consiste el proceso? ¿Hay diferentes tipos de fotosíntesis? ¿Para qué se utiliza la molécula de agua? ¿De dónde se obtiene el carbono que constituye a las moléculas que se producen? ¿Cuáles son los productos iniciales y finales? ¿Para qué y cómo se utiliza la luz? ¿Cómo se produce el oxígeno? ¿Qué diferencia existe entre la fotosíntesis que realiza un nopal  y el maíz?   ¿Por qué algunas plantas como el tilo americano, el chícharo o las habas no crecen bien en climas áridos? ¿Cuáles son los factores que influyen en la fotosíntesis? ¿Qué ocurre con la fotosíntesis durante el  Otoño? ¿Cuál es la importancia del proceso para el mantenimiento de la vida en el planeta? ¿Qué factores ambientales pueden alterar el proceso fotosintético?

2. FOTOSÍNTESIS

3. La fotosíntesis proviene (del griego antiguo φώτο [foto], "luz", y σύνθεσις [síntesis], "unión") • Es la conversión de energía luminosa en energía química estable, que es utilizada en la conversión de materia inorgánica (CO2 y H2O) relativamente oxidada, en materia orgánica reducida que contiene parte de la energía capturada. La ecuación general que resume el proceso se puede escribir:

4. Es un proceso que por sus resultados se puede considerar inverso a la respiración (sustancias orgánicas fuertemente reducidas, se transforman en sustancias inorgánicas oxidadas y se desprende energía, CO2 y H2O).

5. La primera molécula en la que queda almacenada esa energía química es el ATP. Posteriormente, el ATP se utiliza para sintetizar otras moléculas orgánicas más estables. La fotosíntesis es posible gracias a la existencia de unas moléculas especiales, denominadas pigmentos fotosintéticos, capaces de captar la energía luminosa.

6. ORGANISMOS FOTOSINTÉTICOS

7. JACARANDA. OSCILLATORIA PRINCEPS. ALGA MICROSCÓPICA. • La fotosíntesis transforma la energía solar en energía química al formar carbohidratos. Los organismos fotosintéticos, como plantas, algas y cianobacterias, son conocidos como autótrofos porque producen su propio alimento . http://www.keweenawalgae.mtu.edu/ALGAL_PAGES/cyanobacteria.htm http://www.minusculo.es/?cat=32

8. La fotosíntesis genera una gran cantidad de carbohidratos. Con pocas excepciones se puede rastrear cualquier cadena alimentaria a partir de plantas y algas. En otras palabras, los productores con capacidad para sintetizar carbohidratos no sólo se alimentan ellos mismos, sino a otros consumidores, los cuales captan moléculas orgánicas preformadas.

9. De manera general los organismos consumidores se conocen como heterótrofos. Tanto los autótrofos como los heterótrofos utilizan moléculas orgánicas producidas por la fotosíntesis como fuente de construcción de bloques para crecimiento y reparación, así como fuente de energía química para el trabajo celular

10. Los seres autótrofos (a veces llamados productores) son organismos capaces de sintetizar todas las sustancias esenciales para su metabolismo a partir de sustancias inorgánicas, de manera que para su nutrición no necesitan de otros seres vivos. El término autótrofo procede del griego y significa "que se alimenta por sí mismo".

11. Los organismos autótrofos producen su masa celular y materia orgánica, a partir del dióxido de carbono, que es inorgánico, como única fuente de carbono, usando la luz o sustancias químicas como fuente de energía.

12. Las plantas y otros organismos que usan la fotosíntesis son fotolitoautótrofos; las bacterias que utilizan la oxidación de compuestos inorgánicos como el anhídrido sulfuroso o compuestos ferrosos como producción de energía se llaman quimiolitotróficos.

13. CLOROPLASTOS

14. La porción verde de las plantas, lleva acabo la fotosíntesis. La materia prima para la fotosíntesis consiste en agua y dióxido de carbono. Una vez absorbida por la raíz de la planta, el agua se mueve por el tejido vascular hacia el tallo y a la hoja a través de sus venas. El dióxido de carbono del aire ingresa en la hoja por medio de aberturas pequeñas llamadas estomas.

16. ESTOMA

17. Después de entrar a la hoja, el dióxido de carbono y el agua se difunden en los cloroplastos (chloros, verde, y plastos, formado, moldeado), los cuales son organelos encargados de llevar a cabo la fotosíntesis.

18. ESTRUCTURA DE UN CLOROPLASTO Una membrana doble rodea a cada cloroplasto y a su interior, el cual está lleno de líquido llamado estroma (del griego stroma, lecho, colchón). Un sistema de membrana diferente en el estroma forma sacos aplanados conocidos como tilacoides (del griego thilakos, saco, y eides, semejante, parecido) que se agrupan en algunos sitios y forman granos, llamados así porque a los primeros microscopistas les parecieron montones de semillas. CLOROPLASTO http://www.educa.madrid.org/web/cc.nsdelasabiduria.madrid/Ejercicios/2b/Biologia/organulos/Organulos/cloroplasto.gif

19. Se piensa que el espacio de cada tilacoide está conectado con el de otros tilacoides, de modo que forman un comportamiento interno en los cloroplastos conocido como espacio tilacoide. La clorofila y otros pigmentos que forman parte de la membrana del tilacoide son capaces de absorber la energía solar. Esta es la energía que dirige la fotosíntesis.

20. El estroma es una solución rica en enzimas donde el dióxido de carbono se fija primero a un compuesto orgánico y luego se reduce a una molécula de carbohidrato. Por tanto, es apropiado asociar la absorción de energía solar con las membranas del tilacoide que forman los granos y relacionar la reducción de dióxido de carbono a un carbohidrato con el estroma de un cloroplasto.

22. Además de la clorofila contenida en los cloroplastos pueden existir pigmentos como la xantofila (amarillo) y los carotenos (naranja). Los seres humanos y de hecho casi todos los organismos liberan dióxido de carbono mediante la respiración. Éste es en parte, el mismo dióxido de carbono que entra en una hoja a través del estoma y se convierte en carbohidratos: el principal carbohidrato formado es la glucosa, la cual es la fuente principal de energía para la mayor parte de los organismos.

23. Funciones de los cloroplastos. Es el orgánulo donde se realiza la fotosíntesis. Existen dos fases, que se desarrollan en compartimentos distintos: · Fase luminosa: Se realiza en la membrana de los tilacoides, donde se halla la cadena de transporte de electrones y la ATP-sintetasa responsable de la conversión de la energía lumínica en energía química (ATP) y de la generación poder reductor (NADPH).

25. FASE OSCURA: produce en el estroma, donde se halla el enzima rubisco, responsable de la fijación del CO2 mediante el ciclo de Calvin. La fotosíntesis, que ocurre en los cloroplastos, es de vital importancia porque los organismos fotosintéticos son capaces de utilizar energía solar para producir carbohidratos y nutrimentos orgánicos. Casi todos los organismos dependen directa o indirectamente de estos nutrimentos orgánicos para su sustento.

26. PROCESO FOTOSINTÉTICO

27. 4. PROCESO DE LA FOTOSÍNTESIS La luz solar impulsa la vida en la Tierra y únicamente se captura por fotosíntesis. La fotosíntesis en sentido estricto es posible gracias a la existencia de unas moléculas especiales, denominadas pigmentos fotosintéticos, los cuales captan la energía luminosa.

28. Para que la energía lumínica pueda ser utilizada por los sistemas vivos, primero debe ser absorbida. Aquí entra en juego los pigmentos. Un pigmento es cualquier sustancia que absorba luz. El patrón de absorción de un pigmento se conoce como espectro de absorción de esa sustancia. Algunos pigmentos absorben luz de todas las longitudes, otros solo absorben ciertas longitudes de onda como los carotenoides. La clorofila es el pigmento mas importante en la fotosíntesis que es el que hace que las hojas se vean verdes pues absorbe luz en las longitudes de onda violeta y azul, y también en el rojo.

29. La fotosíntesis comprende dos fases: La fase fotoquímica y una fase posterior denominada fase biosintética.

30. Reacciones que capturan energía lumínica • Ocurren solo en la presencia de luz,La absorción de la energía lumínica esindispensable • Se presenta en los tilacoides • La luz que incide sobre el Fotosistema II lanza electrones cuesta arriba. Estos electrones son remplazados por electrones de moléculas de agua, que al escindirse, liberan O2. los electrones luego pasan cuesta abajo, a lo largo de una cadena de transporte de electrones, al Fotosistema I y de este nuevamente cuesta abajo al NADP que se reduce formando NADPH. Como resultado de este proceso se produce ATP a través de un mecanismo quimiosmótico • La energía de la luz se convierte en energía química que se almacena en enlaces de ATP y NADPH.

31. Reacciones que fijan carbono • Algunas de las reacciones son reguladas de forma indirecta por la luz • Ocurren en el estroma • Ciclo de Calvin. • El NADPH y el ATP formados en las reacciones que capturan energía lumínicas utilizan para reducir el CO2. El ciclo produce gliceraldehído fosfato, a partir del cual pueden formarse glucosa y otros compuestos orgánicos • La energía química del ATP y del NADPH se usa para incorporar carbonos a moléculas orgánicas

32. TIPOS DE FOTOSÍNTESIS

33. Tipos de fotosíntesis Se distinguen dos tipos de procesos fotosintéticos: La fotosíntesis oxigénica y la fotosíntesis anoxigénica. Fotosíntesis oxigénica Fotosíntesis anoxigénica

34. FOTOSINTESIS OXIGENICA La fotosíntesis oxigénica es propia de las plantas superiores, las algas y las cianobacterias, en las que el donador de electrones es el agua y, consecuentemente se desprende oxígeno.Es un proceso complejo y consta de varias fases pero, en esencia, se puede resumir así:Reacción de la fotosíntesis oxigénica

35. Las plantas toman dióxido o 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.Consta de dos fases: La fotoquímica y la biosintetica

36. Los electrones energéticos aportarán la energía química necesaria para que los protones de hidrógeno se unan al dióxido de carbono y formen hidratos de carbono en forma de glucosa. Los organismos que realizan esta fotosíntesis son las plantas (Reino Plantas), las algas (Reino Protoctistas) y algunas bacterias (Reino Monera). A todos ellos se les denomina comúnmente productores.

37. Fotosíntesis anoxigénica • 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). • En el caso de las sulfobacterias purpúreas, el sulfuro de hidrógeno se descompone de la siguiente forma:

38. IMPORTANCIA DEL AGUA EN LA FOTOSÍNTESIS

39. ¿Para qué se utiliza la molécula de agua? • La molécula del agua se utiliza como dador de electrones por lo tanto se oxida • Como sabemos en la fase luminosa el proceso empieza con la llegada de fotones al Fotosistema II. Esto provoca la excitación de su pigmento blanco, la clorofila P680, que pierde tantos electrones como fotones se han absorbido. Los electrones son captados por la feoftina (Pheo), luego pasan a otros aceptores y finalmente a la plastoquinona (PQ). Para reponer estos electrones de la clorofila P680, se produce la hidrólisis de moléculas de agua, lo que se denomina fotolisis del agua

40. FUENTE DE CARBONO

41. Se obtiene del CO2 que es un gas que se absorbe por las estomas de las hojas y que representa la fuente de carbono de las moléculas orgánicas producidas durante la fotosíntesis. La síntesis de compuestos de carbono se realiza mediante un proceso cíclico. Fue descubierto por Melvin Calvin, por lo que recibe el nombre de ciclo de Calvin en el cual se pueden distinguir varios pasos:

42. Fijación del CO2: En el estroma del cloroplastos, el dióxido de carbono CO2 atmosférico se une a la pentosa ribulosa-1, 5-difosfato, gracias a la enzima ribulosadifosfatocarboxilasa oxidasa, y da lugar a un compuesto inestable de 6 carbonos, que se disocia en dos moléculas de ácido 3-fosfoglicerico. Se trata de una molécula con 3 átomos de carbono, por lo que las plantas que siguen esta vía metabólica se suelen denominar plantas C3. • Reducción del CO2 fijado: mediante el consumo del ATP y del NADPH obtenidos en la fase luminosa el ácido 3-fosfoglicerico es reducido a gliceraldeído 3-fosfato este peude seguir dos vías: la mayor parte se invierte en regenerar la ribulosa 1-5-difosfato, y el resto en otras biosíntesis como puede ser la de almidón ácidos grasos y aminoácidos

43. La mayor parte se invierte en regenerar la ribulosa 1-5-difosfato, y el resto en otras biosíntesis como puede ser la de almidón ácidos grasos y aminoácidos

44. REACTIVOS Y PRODUCTOS DE LA FOTOSÍNTESIS

45. El conjunto de reactivos que tienen lugar en la fotosíntesis vegetal se puede resumir así: • Dióxido de carbono + Agua + Energía de la luz • Las sustancias iniciales para que se lleve a cabo la fotosíntesis son el dióxido de carbono el cual es producido por los seres vivos cuando reciben oxígeno y liberan este a la atmosfera. • Se requiere la energía luminosa para la excitación de electrones e iniciar al proceso • Posteriormente se necesita la molécula de agua para que se dé la fotolisis del agua y esta done electrones para el proceso.

46. PRODUCTOS: • El oxigeno que se libera durante la fotolisis del agua • La primera molécula orgánica que se forma en la fotosíntesis, a partir del ciclo de Calvin, es el gliceraldehído 3-fosfato; un fosfato capaz de convertirse en cualquier clase de molécula orgánica. Luego, esta molécula será la precursora de diferentes tipos de moléculas orgánicas, algunas de las cuales únicamente tendrán C, H y O, mientras que otras tendrán además N o S orgánico. • Para la síntesis de compuestos orgánicos con carbono basta con el gliceraldehído. Lo más común es que dos moléculas de gliceraldehído se unan formando una molécula de glucosa, que se suele considerar como el producto final de la fotosíntesis.

47. El gliceraldehído fosfato producido por el ciclo de Calvin se integra en glucosa o fructosa. Las células vegetales usan estas sustancias para elaborar almidón, celulosa y sacarosa; las células animales las usan para elaborar glucógeno. Todas las células utilizan azúcares para la elaboración de otros carbohidratos, lípidos y aminoácidos. Otra vía que puede seguir el gliceraldehído 3-fosfato es la regeneración de la ribulosa 1-5 difosfato el cual representa la mayor parte de esta.

48. Además de los productos esenciales de la fotosíntesis se puede producir agua a través de una proceso conocido como fotorrespiración . • Cuando hay suficiente CO2, la RuBPcarboxilasa o rubisco la cual es una proteína que constituye alrededor de 20 a 50% del contenido proteínico de los cloroplastos lo fija eficientemente, integrándolo al ciclo de Calvin. Sin embargo, cuando la concentración de CO2 en la hoja es baja en relación con la concentración de O2, esta misma enzima cataliza la reacción de la RuBP con el O2 y no con el CO2. • La función de la oxigenasa se ve favorecida a temperaturas altas. Esta reacción da comienzo a un proceso que ocurre en los peroxisomas y en las mitocondrias y que se como fotorrespiración por el que se forman compuestos intermedios que, consumiendo ATP, dan lugar a la producción de CO2 y agua.

49. IMPORTANCIA DE LA LUZ

50. Se utiliza para sintetizar ATP y NADPH. Al incidir un fotón sobre un pigmento fotosintético, desplaza un electrón hacia un nivel de mayor energía. El pigmento excitado puede volver a su estado original de tres formas: - Perdiendo la energía extra en forma de luz y calor (fluorescencia).- Mediante una transferencia de energía por resonancia, en la que la energía (pero no el electrón) pasa de un pigmento a otro.- Mediante una oxidación del pigmento, al perder el electrón de alta energía, que será captado por un transportador de electrones.