TP Nº 5 Fotosíntesis - Facultad de Ciencias Naturales

U.N.P.S.J.B.
Facultad de Ciencias Naturales – Dpto. de Biología General
Cátedra Fisiología General – TP N°5: Fotosíntesis real y aparente
Trabajo Práctico Nº 5
Fotosíntesis real y aparente
Introducción:
La fotosíntesis es la conversión de materia inorgánica en materia orgánica gracias a la
energía que aporta la luz. En este proceso la energía luminosa se transforma en energía química
estable, siendo el adenosín trifosfato (ATP) la primera molécula en la que queda almacenada esa
energía química. Con posterioridad, el ATP se usa para sintetizar moléculas orgánicas de mayor
estabilidad. Los orgánulos citoplasmáticos encargados de la realización de la fotosíntesis son los
cloroplastos, unas estructuras polimorfas y de color verde (esta coloración es debida a la presencia
del pigmento clorofila) propias de las células vegetales. En el interior de estos orgánulos se halla
una cámara que contiene un medio interno llamado estroma, que alberga diversos componentes,
entre ellos enzimas y unos sáculos aplastados denominados tilacoides o lamelas, cuya membrana
contiene pigmentos fotosintéticos. En términos medios, una célula foliar tiene entre cincuenta y
sesenta cloroplastos en su interior.
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De la energía que llega al cloroplasto, sólo el 40% corresponde a la luz visible, única
radiación fotosintéticamente activa. La luz visible es la radiación cuya longitud de onda está
comprendida entre 400 y 700 nm.
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Las primeras definiciones dadas por la bibliografía sobre punto de compensación indican
que es el estado donde se equilibran la actividad fotosintética y respiratoria (el CO 2 asimilado por
fotosíntesis y el desprendido por respiración). Posteriormente se definió como el punto donde se
equilibran los procesos anabólicos (de síntesis de sustancias) y catabólicos (de degradación de
metabolitos). Con el avance de los estudios de bioquímica en las plantas se considera en la
actualidad que ninguna de las definiciones anteriormente enunciadas es del todo correcta,
considerando por ejemplo que el proceso respiratorio es fundamental para el trabajo celular y
síntesis de sustancias en numerosas rutas metabólicas, por lo tanto no se lo incluiría en la
clasificación de un proceso catabólico. También se ha encontrado que las fuentes de CO 2
desprendido por la planta son, además de la respiración, otras rutas metabólicas alternativas en la
obtención de energía como son la fotorespiración, la respiración insensible al cianuro y el ciclo de
las pentosas (Cuadro 1). Por otro lado, los procesos de fijación de las plantas pueden llevarse a
cabo por la enzima Ribulosa 1,5 difosfato carboxilasa (Rubisco en forma abreviada) en el ciclo de
Calvin, en plantas C3 o de baja eficiencia, como también a través de la enzima Fosfoenolpirúvico
carboxilasa (PEP carboxilasa) en plantas de alta eficiencia (C4) y en plantas crasas CAM (del
inglés crassulacean acid metabolism) en la incorporación nocturna de CO2.
Todo lo expuesto anteriormente hace necesario redefinir al punto de compensación sin
mencionar los procesos que intervienen en la incorporación o desprendimiento del CO 2, pero sí
teniendo en cuenta que el mismo es variable entonces en función de determinado sistema
metabólico de referencia. Por ello se puede definir al mismo como:
"el estado en el cual se equilibran, en la planta entera o parte de ella, el CO 2
absorbido con el desprendido, sin ganancia ni pérdida de peso seco, resultando en este
punto la fotosíntesis neta igual a cero".
(Fotosíntesis neta: el intercambio neto de CO2 está dado por el CO2 fijado en las carboxilaciones
primarias menos lo que se desprende por respiración y fotorespiración)
En Fisiología Vegetal se han estudiado tres puntos de compensación en función de las tres
grandes variables que inciden en la fijación o desprendimiento de CO2 en los vegetales, siendo
ellos:
 Punto de compensación lumínico: "Es la intensidad de luz o irradiancia a la cual se
equilibran el CO2 absorbido con el desprendido manteniendo constante la temperatura y la
concentración de CO2.
 Punto de compensación de CO2: "Es la concentración de CO2 a la que se equilibran el
CO2 absorbido con el desprendido manteniendo constantes la temperatura y la irradiancia" .
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 Punto de compensación de temperatura: "Es la temperatura en la cual se equilibran el
CO2 absorbido con el desprendido, manteniendo constantes la intensidad de luz y la
concentración de CO2.
El valor de iluminación señalado como I0, es el punto de compensación lumínica y
representa la cantidad de luz con la cual FN vale cero, debido a que FB se iguala a FR + RM. Para
valores de iluminación mayores que I0, FN será siempre positiva.
El punto de compensación de luz varía en su valor en función de varios parámetros, tales
como:

Tipo de especie de la que se trate (ya sea C3, C4 o CAM),

Edad de la hoja analizada.

Posición relativa de la hoja en el canopeo.

Tipo de planta en función de su adaptación a las condiciones naturales de irradiancia
(especies heliófilas o esciófilas).
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
Porción de la planta analizar en función de los órganos que la componen (hojas, verdes,
ramas, etc.)

Temperatura.
Analizando una planta cualquiera, en condiciones naturales de temperatura, durante el día
pasará por dos puntos de compensación lumínico: al amanecer y al atardecer, debido a la débil
intensidad lumínica que hace que el CO2 perdido por respiración se compense exactamente con el
que se fija en el proceso fotosintético. El valor de irradiancia en el cual esto ocurre se denomina
PC luz y es variable en función de varios aspectos. Durante las horas de oscuridad se pone de
manifiesto en una planta una débil liberación de CO2 debido a la escotorespiración (respiración
oscura), limitada por permanecer los estomas cerrados. Al amanecer inicia el proceso de
fotosíntesis, se abren los estomas y el intercambio gaseoso aumenta al igual que la actividad de
los demás procesos.
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Con el aumento de la intensidad lumínica aumenta la fotosíntesis y en determinado
momento se iguala el CO2 fijado con el liberado: éste es el PC luz. Luego la incorporación de CO2
sigue aumentando con la intensidad de luz, pudiéndose saturar el sistema fotosintético
aproximadamente a 800 umoles en plantas C3 o no saturarse en plantas C4 (Cuadro 2) en las
horas de máxima irradiancia (el mediodía). A medida que el sol reduce su ángulo con el horizonte
y la intensidad lumínica decrece, también lo hace la tasa fotosintética, hasta llegar en horas del
atardecer nuevamente al PC luz.
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El PC luz alcanza valores más bajos en plantas C3 que en plantas C4, principalmente por
el menor requerimiento energético de las primeras, desde el momento que deben mantener un
solo ciclo de fijación de CO2, versus dos en C4. Además, las especies C3 están adaptadas en
cuanto a su aparato fotosintético, para intensidades de luz más bajas, propias de climas templados
y latitudes más altas, no así las C4 que son plantas adaptadas a condiciones de mayor irradiancia,
propias de climas tropicales y latitudes más bajas.
Con respecto a la edad de la hoja analizada, las jóvenes tendrán un PC más bajo
que las hojas viejas, debido a que estas últimas han comenzado la senectud y en consecuencia
existen procesos degradativos de los pigmentos clorofilianos y pérdida de funcionalidad de los
cloroplastos.
En las plantas que crecen a plena luz es común que, en algún momento del día, las
hojas ubicadas en el interior del canopeo se encuentren viviendo en el PC luz o debajo de él,
debido a la atenuación de la intensidad de luz que ejerce el follaje. Por lo general, las hojas que
viven por un tiempo prolongado en el PC-luz se desprenden de la planta en razón de que la
fotosíntesis no compensa la pérdida de CO2 de la escotorrespiración. Por esta razón, es común
encontrar el interior del canopeo de muchas especies arbóreas y arbustivas parcial o totalmente
desfoliado.
En muchos casos, no obstante, las hojas que se encuentran sombreadas sufren un
proceso de adaptación que les permite aumentar la eficiencia fotosintética de modo tal que, aun
con bajas irradiancias, la asimilación del CO2 excede la pérdida por respiración.
En dicotiledóneas, las hojas adaptadas a la sombra tienen mayor superficie foliar
pero su lámina es más delgada que las hojas "soleadas". Estas últimas se vuelven más gruesas
que las primeras debido a que forman células en empalizada más largas o capas adicionales de
estas células. Las hojas sombreadas contienen más clorofila, especialmente clorofila b, sus
cloroplastos tienen más granas e inclusive más membranas tilacoidales y existe una reorientación
de los mismos con el objetivo de maximizar la captación de luz. Los cloroplastos de estas hojas
tienen menor contenido de proteínas (Rubisco y probablemente proteínas transportadoras de
electrones), adaptándose de esta forma a invertir su energía en producir más pigmentos
recolectores de luz en virtud de la reducida irradiancia que llega a ellas.
No obstante estas adaptaciones, las hojas sombreadas tienen 5 veces menos
capacidad de fotosíntesis que las hojas "soleadas" de la misma especie. Por todo lo antes
mencionado, el PC luz decrece (principalmente porque su tasa respiratoria es mucho más baja), y
la fotosíntesis es saturada a niveles de baja irradiancia.
Las plantas adaptadas a vivir a pleno sol. (plantas heliófilas) poseen un PC luz más
elevado que las habituadas a vivir a la sombra (plantas esciófilas). Este comportamiento se
explica principalmente por la menor tasa respiratoria de las plantas esciófilas.
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En general, el valor del PC luz es más alto cuándo se considera toda la planta que
cuando sólo se toma una parte de ella (hojas, frutos verdes, ramas etc.) debido a la distinta
relación células que respiran - células que fotosintetizan.
El PC luz para un mismo individuo u órgano no tiene un valor constante. El factor
exógeno que lo modifica de manera más acentuada es la temperatura, dado que como incrementa
más la respiración que la fotosíntesis, cuando se eleva, también lo hace el PC luz. Por ejemplo
una especie cuyo PC-luz es de 4 µmol. m-2.s-1 a 16 ° C puede aumentarlo a 12.5 µmol. m-2.s-1
aprox. a 30 ° C.
En líneas generales, los valores de PC luz para hojas de plantas esciófilas (hiedra,
helechos, etc.) son del orden de 0,3 a 1 % de la luz solar plena, en un día diáfano de verano, al
mediodía, .que representan en 33° de latitud S, 25 µmol.m-2.s-1. En hojas de plantas heliófilas
(girasol, peral, soja etc.) este valor es del 1 al 8 % (25 a 200 µmol.m -2.s-1 aprox.), para la misma
latitud.
A continuación analizaremos la influencia de la luz en la relación de liberación de CO 2
utilizando indicadores de pH.
Objetivo:
Determinar el Punto de compensación lumínico (PC) de hojas de distintas especies (C3 o C4)
y de distintos hábitat (plantas esciófilas o heliófilas)
Materiales:
12 tubos de ensayo
pipetas de 10 ml
solución buffer pH 8,1
rojo de cresol
alfileres
hojas de girasol (o malvón), cala, helecho o clavel, y euforbia (o atriplex)
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Procedimiento:
 El buffer se prepara con 150 ml ClK 0,09N y 750 ml NaHCO 3 0,01N. Se colocan 3 ml de solución
buffer en cada tubo con unas gotas de indicador (rojo de cresol), que en medio alcalino vira a
fucsia y en medio ácido a rojo pálido o anaranjado. Tapar los tubos de ensayo inmediatamente
con tapones de goma. Por qué?
 Cortar 4 trozos de aproximadamente 1 x 7 cm, de cada especie de las seleccionadas. Plantas
tipo C3 heliófila: girasol o malvón. Planta tipo C3 esciófila: cala, helecho o clavel. Plantas tipo C4:
atriplex o euforbia.
 Los trozos de hoja se sujetan con un alfiler al tapón de goma y se introducen en el tubo de
ensayo, que se cierra lo mejor posible. Dentro del tubo la hoja debe estar en posición vertical,
cuidando que no se doble, que no toque las paredes y que no toque el buffer. Se realizan 4 o 5
repeticiones de cada especie y se agrega un tubo como testigo. Los tubos se someten a distintas
intensidades de luz y uno se somete a oscuridad total.
 Observar atentamente los colores del buffer en los tubos y comparar con el testigo. En caso de
que vire a color anaranjado (acidificación), qué sucedió? Y si vira a color fucsia (alcalinización), a
qué se debe?. Teniendo en cuenta las siguientes reacciones:
2ClK + CO3HNa
(+CO2)
ClK + CO3HNa
(-CO2)
2CO3HK + 2Cl -+ Na ++ H+
Cl- + Na+ + OH- + K+
Resultados:
Construya un cuadro en el que registre el comportamiento de las plantas en función de las diversas
intensidades lumínicas (expresarlas en watt/m2)
Conclusiones:
Elaborar las conclusiones consultando bibliografía y considerando, entre otros, los puntos que
siguen:
 ¿qué ocurre en cada planta tratada y cómo se explica?
 ¿Se encuentra alguna muestra en Punto de Compensación? Cómo se identifica? Qué ocurrió en
ese caso?
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 ¿Qué relación existe entre el estado de desarrollo de la hoja seleccionada o su ubicación y los
resultados obtenidos?
 ¿Cómo se relacionan los resultados observados con lo que ocurre en la naturaleza?
Bibliografía:
Guía de Trabajos Prácticos de Fisiología Vegetal. U.N.P.S.J.B. 1986.
Guía de Trabajos Prácticos de Introducción a la Botánica. UBA.
Salisbury, F. B. and Ross, C. W. 1992. Plant Physiology, fourth edition. Wadsworth (ed.),
Belmont, Calif., pp.: 225-263.
Sivori, E. M., Montaldi, E. R. y Caso, O. H. 1980. Fisiología Vegetal. Hemisferio sur (ed.), pp.:
57-116.
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