El término flora se refiere a toda la vida vegetal que está presente en un área o período determinado, típicamente las plantas que existen naturalmente (nativas). En algunos casos, los términos “flora intestinal” y “flora cutánea” también se utilizan para referirse a bacterias y hongos.
Fotosíntesis
La conversión de la luz solar, el dirust de carbono (CO 2 ) y el agua en alimento (azúcares) y oxígeno se conoce como fotosíntesis . Este proceso es empleado por plantas, algas y algunos microorganismos. Para ayudar en la creación de combustibles limpios y fuentes de energía renovable, se examinan los principios generales de la fotosíntesis junto con los estudios asociados.
Las dos formas diferentes de procesos fotosintéticos son la fotosíntesis oxigénica y anoxigénica. Aunque la fotosíntesis oxigénica, que ocurre en plantas, algas y cianobacterias, es más común, ambas siguen principios muy similares. En la fotosíntesis oxigénica, la energía de la luz se utiliza para convertir el agua (H 2 O) recibida por las raíces de las plantas en CO 2 y producir carbohidratos. El CO 2 se “reduce”, o recibe electrones, mientras que el agua se “oxida”, o pierde electrones, durante este proceso. Se producen tanto oxígeno como carbohidratos. Al absorber el CO 2 producido por todas las especies que respiran y reponer la atmósfera con oxígeno, la fotosíntesis oxigénica actúa como contrapeso a la respiración.
Según «Bacterias fotosintéticas anoxigénicas» de LibreTexts, la fotosíntesis anoxigénica utiliza donantes de electrones que no son agua y no da como resultado la producción de oxígeno (se abre en una pestaña nueva). Las bacterias verdes del azufre y las bacterias púrpuras fototróficas son ejemplos comunes de bacterias que exhiben este mecanismo.
La ecuación de la fotosíntesis
A pesar del hecho de que ambos tipos de fotosíntesis son procesos intrincados de varios pasos, todo el procedimiento se puede condensar perfectamente en una ecuación química.
La ecuación de la fotosíntesis oxigénica es:
6CO 2 + 12H 2 O + Energía luminosa → C 6 H 12 O 6 + 6O 2 + 6H 2 O
Aquí, la energía de la luz se usa para mezclar 12 moléculas de agua (H 2 O) con seis moléculas de dirust de carbono (CO 2 ). Como resultado, se forman seis moléculas de oxígeno y agua, así como una molécula de carbohidrato (C 6 H 12 O 6 , o glucosa).
De manera similar, se puede usar una única fórmula generalizada para expresar todas las reacciones de fotosíntesis anoxigénicas :
CO 2 + 2H 2 A + Energía luminosa → [CH 2 O] + 2A + H 2 O
A través de pequeños agujeros en sus hojas conocidos como estomas, las plantas toman CO 2 de la atmósfera y lo liberan junto con agua y oxígeno. Los guardianes del intercambio de gases entre el interior de una planta y el mundo exterior son los estomas.
Los estomas liberan oxígeno y permiten que escape el vapor de agua mientras están abiertos, permitiendo que el CO 2 ingrese al sistema. Los estomas se cierran en un esfuerzo por disminuir la cantidad de agua perdida, pero al hacerlo evitan que la planta absorba CO 2 para la fotosíntesis. Para las plantas que crecen en climas cálidos y secos, este compromiso entre la ingesta de CO 2 y la pérdida de agua presenta un desafío único.
¿Cómo absorben las plantas la luz solar para la fotosíntesis?
Los pigmentos especiales que se encuentran en las plantas absorben la energía luminosa necesaria para la fotosíntesis.
Según el sitio web de educación científica Nature Education, la clorofila es el principal pigmento utilizado en la fotosíntesis y le da a las plantas su tono verde. Para utilizar la luz roja y azul para la fotosíntesis, la clorofila las absorbe mientras refleja la luz verde. Según The Harvard Forest de la Universidad de Harvard, debido a que la clorofila es una molécula enorme y requiere muchos recursos para producirla, se degrada hacia el final de la vida de la hoja y la mayor parte del nitrógeno del pigmento (uno de los elementos de construcción de la clorofila) se reabsorbe. en la planta. Otros pigmentos de las hojas, como los carotenoides y las antocianinas, comienzan a revelar sus matices reales en el otoño, cuando las hojas pierden la clorofila. Las antocianinas absorben la luz azul verdosa y reflejan la luz roja, mientras que los carotenoides absorben en gran medida la luz azul y reflejan el amarillo.
Las proteínas se unen a las moléculas de pigmento, dándoles la movilidad para moverse en la dirección de la luz y en la dirección de otras moléculas de pigmento. Una antena es un gran grupo de 100 a 5000 moléculas de pigmento. Estos dispositivos capturan con éxito los fotones que componen la energía luminosa del sol.
Para las bacterias, la situación es un poco diferente. Mientras que algunas bacterias, como las bacterias moradas y las bacterias verdes del azufre, también contienen clorofila para absorber la luz para la fotosíntesis anoxigénica, las cianobacterias no.
¿En qué parte de la planta se realiza la fotosíntesis?
Los cloroplastos , un tipo de plástido (un orgánulo con una membrana) que se encuentra típicamente en las hojas de las plantas y que realiza la fotosíntesis, son orgánulos que contienen clorofila. Los plástidos primarios son del tipo de doble membrana que se encuentran en plantas y algas, mientras que los plástidos secundarios son del tipo de múltiples membranas que se encuentran en el plancton.
En eso, tienen su propio genoma, o colección de genes, almacenados dentro del ADN circular, los cloroplastos son análogos a las mitocondrias, los centros de energía de las células. Estos genes producen proteínas que son necesarias para el orgánulo y para la fotosíntesis. Los tilacoides, que tienen forma de placa, se encuentran dentro de los cloroplastos y se encargan de recoger los fotones de luz para la fotosíntesis. Los tilacoides están dispuestos en columnas llamadas grana, que se apilan una encima de la otra. El estroma, un líquido que contiene iones, moléculas y enzimas donde se lleva a cabo la producción de azúcar, se encuentra entre los grana.
En última instancia, la energía luminosa debe transmitirse a un complejo pigmento-proteína para que pueda transformarse en energía química en forma de electrones. Los pigmentos de clorofila en las plantas absorben la energía de la luz. Cuando un pigmento de clorofila libera un electrón, puede pasar a un receptor apropiado, convirtiendo la energía en energía química. Los centros de reacción son los pigmentos y las proteínas que transforman la energía luminosa en energía química e inician el proceso de transferencia de electrones.
Hay dos etapas principales para la fotosíntesis de las plantas: las que dependen de la luz solar (procesos dependientes de la luz) y las que no (reacciones independientes de la luz). En los cloroplastos tienen lugar ambos tipos de reacciones: reacciones dependientes de la luz en el estroma y reacciones independientes de la luz en el tilacoide.
Reacciones dependientes de la luz
Una planta primero debe transformar la energía solar en energía química antes de que pueda ser absorbida.
Una molécula de pigmento como la clorofila libera un electrón cuando un fotón de luz golpea el centro de reacción.
Para producir ATP (trifosfato de adenosina, una fuente de energía química para las células) y NADPH, ambos necesarios para la siguiente etapa de la fotosíntesis en el ciclo de Calvin, el electrón liberado debe pasar a través de una string de transporte de electrones. Al robar un electrón del agua, se llena el «electrón» en el pigmento de clorofila original. Al romper las moléculas de agua, se libera oxígeno a la atmósfera.
Reacciones independientes de la luz
El ciclo de Calvin fija el CO 2 en los azúcares necesarios para el crecimiento de las plantas utilizando la energía acumulada de los procesos dependientes de la luz. Estas reacciones ocurren en el estroma de los cloroplastos y no son alimentadas directamente por la luz, por lo tanto, su apodo es «reacciones independientes de la luz». El ciclo de Calvin está alimentado por ATP y NADPH, por lo tanto, todavía están conectados a la luz. La primera reacción involucra CO 2 y ribulosa-1,5-bisfosfato (RuBP), un aceptor de cinco carbonos. Luego, se separa en dos moléculas de ácido 3-fosfoglicérico, una sustancia química con tres carbonos (3-PGA). Una enzima conocida como RuBP carboxilasa/oxigenasa, a veces denominada rubisco, es responsable de catalizar el proceso.
Usando ATP y NADPH, 3-PGA se transforma en el azúcar de tres carbonos gliceraldehído-3-fosfato (G3P) en la segunda etapa del ciclo de Calvin. Por último, pero no menos importante, algunas moléculas de G3P se utilizan para crear glucosa, mientras que otras se reciclan para crear RuBP, que se emplea en el primer paso para tomar CO 2 . Se reciclan cinco moléculas de G3P para crear tres moléculas aceptoras de RuBP por cada molécula de G3P que produce glucosa.
Tipos de fotosíntesis
Las vías C3, C4 y CAM son las tres categorías básicas de vías fotosintéticas. Todos usan el ciclo de Calvin para convertir el CO 2 en azúcares, pero cada vía lo hace de una manera algo diferente.
- Fotosíntesis C3: según el proyecto de investigación de fotosíntesis Realización de una mayor eficiencia fotosintética (RIPE), la mayoría de las plantas, incluidos los cereales (trigo y arroz), algodón, patatas y soja, utilizan la fotosíntesis C3. La molécula de tres carbonos, ácido 3-fosfoglicérico (3-PGA), que es un subproducto de la fotosíntesis C3, da nombre al proceso. Cuando rubisco fija CO 2 , se crea una molécula de tres carbonos llamada 3-PGA.
- Fotosíntesis C4: la fotosíntesis C4 es utilizada por plantas como la caña de azúcar y el maíz. En este proceso se utiliza un intermedio químico de cuatro carbonos llamado oxaloacetato, que se transforma en malato. Posteriormente, el malato se entrega a la vaina del paquete donde se desintegra y libera CO 2 , que luego se fija con rubisco y se convierte en azúcares en el ciclo de Calvin (al igual que la fotosíntesis C3). Debido a que tienen un mecanismo de almacenamiento inteligente, las plantas C4 pueden continuar fijando carbono incluso cuando sus estomas están cerrados, lo que reduce el riesgo de fotorrespiración. También se adaptan mejor a entornos cálidos y secos.
- Fotosíntesis CAM: Las plantas acostumbradas a entornos extremadamente cálidos y secos, como los cactus y las piñas, tienen un proceso llamado metabolismo del ácido de las crasuláceas (CAM). Los estomas corren el riesgo de filtrar agua al medio ambiente cuando se abren para aspirar CO 2 . Como resultado, las plantas en entornos cálidos y secos han evolucionado. CAM es una modificación en la que las plantas abren sus estomas por la noche (cuando las temperaturas son más bajas y la pérdida de agua es menos riesgosa). Los estomas permiten que el CO 2 ingrese a las plantas, donde se fija en oxaloacetato y se transforma en malato u otro ácido orgánico (como en la vía C4). Los estomas se cierran, lo que reduce la probabilidad de pérdida de agua, y el CO 2 queda disponible para los procesos dependientes de la luz durante el día.
Preguntas conceptuales
Pregunta 1: ¿Define la fotosíntesis?
Responder
Las plantas verdes crean alimentos a partir de materiales no procesados a la luz del sol a través del proceso de fotosíntesis endergónico, anabólico y de oxidación-reducción.
Pregunta 2: ¿Por qué la clorofila es un pigmento fotosintético esencial?
Responder
La clorofila-b y otros pigmentos en el centro de reacción del fotosistema absorben la energía solar y la transfieren a la clorofila-a. La clorofila-a es, en última instancia, lo que inicia el proceso fotosintético.
Pregunta 3: ¿Cuántas moléculas de ATP se requieren para la síntesis de una molécula de glucosa en las vías C3 y C4?
Responder
18 moléculas de ATP están presentes en la vía C3, mientras que 30 moléculas de ATP están presentes en la vía C4.
Pregunta 4: ¿Cuáles son las enzimas que catalizan la reacción oscura de fijación de carbono?
Responder
El estroma tiene enzimas que pueden producir carbohidratos utilizando ATP y NADPH2 durante el proceso oscuro. Una serie de procesos catalizados por enzimas ubicados fuera de los tilacoides son responsables de la fijación de carbono en el estroma.
Pregunta 5: ¿Cuál es el papel del agua en la fotosíntesis?
Responder
- La reacción de la luz utiliza la fotosíntesis como reactivo.
- Los estomas se cierran por estrés hídrico.
- Disminuye la disponibilidad de dirust de carbono.
- La superficie de la hoja se reduce.
Pregunta 6: ¿Por qué las plantas verdes comienzan a desarrollar dirust de carbono en lugar de oxígeno en un día caluroso y soleado?
Responder
En un día caluroso y soleado, la enzima RuBP carboxilasa se activa, aumentando y disminuyendo su afinidad por el monrust de carbono. El carbono fijado a través de procesos fotosintéticos se pierde con mayor frecuencia debido a la fotorrespiración.
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Artículo escrito por bunny031200 y traducido por Barcelona Geeks. The original can be accessed here. Licence: CCBY-SA