La fotosíntesis - Cabimbu Unidad Educativa

República Bolivariana de Venezuela
Ministerio del Poder Popular para la Educación
U.E. CABIMBU
Valencia – Edo. Carabobo.
GUIA 3ER AÑO
La fotosíntesis
Docente: Rosy Contreras
Marzo 2013
Historia del descubrimiento de la fotosíntesis
Durante el siglo XVIII comenzaron a surgir trabajos que relacionaban los conocimientos de
la Química con los de la Biología. En la década de 1770, el clérigo inglés Joseph
Priestley estableció la producción de oxígeno por los vegetales reconociendo que el proceso
era el inverso de la respiración animal, que consumía tal elemento químico. Fue Priestley
quien ideo la expresión de aire deflogisticado para referirse a aquel que contiene oxígeno y
que proviene de los procesos vegetales, así como también fue él quien descubrió la emisión
de dióxido de carbono por parte de las plantas durante los periodos de penumbra, aunque en
ningún momento logró interpretar estos resultados.
En el año 1778, el médico holandés Jan Ingenhousz dirigió numerosos experimentos
dedicados al estudio de la producción de oxígeno por las plantas, mientras se encontraba de
vacaciones en Inglaterra, para publicar al año siguiente todos aquellos hallazgos que había
realizado durante el transcurso de su investigación en el libro titulado "Experiments upon
Vegetables". Algunos de sus mayores logros fueron el descubrimiento de que las plantas, al
igual que sucedía con los animales, viciaban el aire tanto en la luz como en la oscuridad;
que cuando los vegetales eran iluminados con luz solar, la liberación de aire cargado con
oxígeno excedía al que se consumía y la demostración que manifestaba que para que se
produjese el desprendimiento fotosintético de oxígeno se requería de luz solar. También
concluyó que la fotosíntesis no podía ser llevada a cabo en cualquier parte de la planta,
como en las raíces o en las flores, sino que únicamente se realizaba en las partes verdes de
ésta. Como médico que era, Jan Ingenhousz aplicó sus nuevos conocimientos al campo de
la medicina y del bienestar humano, por lo que también recomendó sacar a las plantas de
las casas durante la noche para prevenir posibles intoxicaciones.
Jean Senebier realizo nuevos experimentos que establecían la necesidad de la luz para que
se produzca la asimilación de dióxido de carbono y el desprendimiento de oxígeno.
También estableció, que aún en condiciones de iluminación, si no se suministra CO2, no se
registra desprendimiento de oxígeno. Sin embargo Senebier opinaba en contra de las teorías
desarrolladas y confirmadas más adelante, que la fuente de dióxido de carbono para la
planta provenía del agua y no del aire.
Thomas de Saussure demostró experimentalmente que el aumento de biomasa depende de
la fijación de dióxido de carbono (que puede ser tomado directamente del aire por las hojas)
y del agua. También realizo estudios sobre la respiración en plantas y concluyo que, junto
con la emisión de dióxido de carbono, hay una pérdida de agua y una generación de calor.
Finalmente, de Saussure describe la necesidad de la nutrición mineral de las plantas.
J. von Liebig, es uno de los grandes promotores tanto del conocimiento actual sobre
química orgánica, como sobre fisiología vegetal, imponiendo el punto de vista de los
organismos como entidades compuestas por productos químicos y la importancia de las
reacciones químicas en los procesos vitales. Confirma las teorías expuestas previamente por
de Saussure, matizando que si bien la fuente de carbono procede del CO2 atmosférico, el
resto de los nutrientes proviene del suelo.
La denominación como clorofila de los pigmentos fotosintéticos fue acuñada por Pelletier y
Caventou a comienzos del siglo XIX. Dutrochet, describe la entrada de CO2 en la planta a
través de los estomas y determina que solo las células que contienen clorofila son
productoras de oxígeno. H. von Mohl, más tarde, asociaría la presencia de almidón con la
de clorofila y describiría la estructura de los estomas. Sachs, a su vez, relacionó la presencia
de clorofila con cuerpos subcelulares que se pueden alargar y dividir, así como que la
formación de almidón está asociada con la iluminación y que esta sustancia desaparece en
oscuridad o cuando los estomas son ocluidos.
Andreas Franz Wilhelm Schimper daría el nombre de cloroplastos a los cuerpos coloreados
de Sachs y describiría los aspectos básicos de su estructura, tal como se podía detectar con
microscopía óptica. En el último tercio del siglo XIX se sucederían los esfuerzos por
establecer las propiedades físico-químicas de las clorofilas y se comienzan a estudiar los
aspectos ecofisiológicos de la fotosíntesis.
En el Siglo XX
En 1905, Frederick Frost Blackman midió la velocidad a la que se produce la fotosíntesis
en diferentes condiciones. En un primer momento se centró en observar como variaba la
tasa de fotosíntesis modificando la intensidad lumínica, apreciando que cuando la planta era
sometida a una luz tenue cuya intensidad se iba incrementando hasta convertirse en
moderada, aumentaba la tasa fotosintética, pero cuando se alcanzaban intensidades mayores
no se producía un aumento adicional. Con posterioridad investigó el efecto combinado de la
luz y de la temperatura sobre la fotosíntesis, de modo que obtuvo los siguientes resultados:
si bien en condiciones de luz tenue un aumento en la temperatura no tenía repercusión
alguna sobre el proceso fotosintético, cuando la intensidad luz y los grados aumentaban la
tasa de fotosíntesis si que experimentaba una variación positiva. Finalmente, cuando la
temperatura superaba los 30 °C, la fotosíntesis se ralentizaba hasta que se sobrevenía el
cesamiento del proceso.
A consecuencia de los resultados obtenidos, Blackman planteó que en la fotosíntesis
coexistían dos factores limitantes, que eran la intensidad lumínica y la temperatura.
En la década de 1920, Cornelius Bernardus van Niel propuso, tras haber estudiado a las
bacterias fotosintéticas del azufre, que el oxígeno liberado en la fotosíntesis provenía del
agua y no del dióxido de carbono, extrayéndose que el hidrógeno empleado para la síntesis
de glucosa procedía de la fotólisis del agua que había sido absorbida por la planta. Pero esta
hipótesis no se confirmó hasta el año 1941, tras las investigaciones realizadas por Samuel
Ruben y Martin Kamen con agua con oxígeno pesado y un alga verde (Chlorella).
En 1937, Robert Hill logró demostrar que los cloroplastos son capaces de producir oxígeno
en ausencia de dióxido de carbono, siendo este descubrimiento uno de los primeros indicios
de que la fuente de electrones en las reacciones de la fase clara de la fotosíntesis es el agua.
Aunque cabe destacar que Hill, en su experimento in vitro empleó un aceptor de electrones
artificial. De estos estudios se derivó la conocida con nombre de Reacción de Hill, definida
como la fotoreducción de un aceptor artificial de electrones por los hidrógenos del agua,
con liberación de oxígeno.
En la década de 1940, el químico norteamericano Melvin Calvin inició sus estudios e
investigaciones sobre la fotosíntesis, que le valieron el Premio Nobel de Química de 1961.
Gracias a la aplicación del carbono 14 radioactivo detectó la secuencia de reacciones
químicas generadas por las plantas al transformar dióxido de carbono gaseoso y agua en
oxígeno e hidratos de carbono, lo que en la actualidad se conoce como ciclo de Calvin.
Un personaje clave en el estudio de la fotosíntesis fue el fisiólogo vegetal Daniel Arnon. A
pesar de que realizó descubrimientos botánicos de notable importancia (demostró que el
vanadio y el molibdeno eran micronutrientes absorbidos por algas y plantas,
respectivamente, y que intervenían en el crecimiento de las mismas), es principalmente
conocido por sus trabajos orientados de cara a la fotosíntesis. Fue en 1954, cuando sus
colegas y él emplearon componentes de las hojas de las espinacas para llevar a cabo la
fotosíntesis en ausencia total de células para explicar cómo éstas asimilan el dióxido de
carbono y cómo forman ATP.
En el año 1982, los químicos alemanes Johann Deisenhofer, Hartmut Michel y Robert
Huber analizaron el centro de reacción fotosintético de las bacteria Rhodopseudomonas
viridis, y para determinar la estructura de los cristales del complejo proteico utilizaron la
cristalografía de rayos X. Sin embargo, esta técnica resultó excesivamente compleja para
estudiar la proteína mencionada y Michel tuvo que idear un método espacial que permitía la
cristalografía de proteínas de membrana.
Cuando Michel consiguió las muestras cristalinas perfectas que requería su análisis, su
compañero de investigación desenvolvió los métodos matemáticos para interpretan el
patrón de rayos X obtenido. Aplicando estas ecuaciones, los químicos lograron identificar
la estructura completa del centro de reacción fotosintética, compuesto por cuatro
subunidades de proteínas y de 10.000 átomos. Por medio de esta estructura, tuvieron la
oportunidad con detalle del proceso de la fotosíntesis, siendo la primera vez que se concretó
la estructura tridimensional de dicha proteína.
La fotosíntesis: es un proceso en virtud del cual los organismos con clorofila, como las
plantas verdes, las algas y algunas bacterias, capturan energía 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.
La fotosíntesis se realiza en dos etapas: una serie de reacciones que dependen de la luz y
son independientes de la temperatura, y otra serie que dependen de la temperatura y son
independientes de la luz.
La velocidad de la primera etapa, llamada reacción lumínica, aumenta con la intensidad
luminosa (dentro de ciertos límites), pero no con la temperatura. En la segunda etapa,
llamada reacción en la oscuridad, la velocidad aumenta con la temperatura (dentro de
ciertos límites), pero no con la intensidad luminosa.
Fase primaria o lumínica
La fase lumínica de la fotosíntesis es una etapa en la que se producen reacciones químicas
con la ayuda de la luz solar y la clorofila.
La clorofila es un compuesto orgánico, formado por moléculas que contienen átomos de
carbono, de hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y magnesio.
La clorofila capta la luz solar, y provoca el rompimiento de la molécula de agua (H2O),
separando el hidrógeno (H) del oxígeno (O); es decir, el enlace químico que mantiene
unidos al hidrógeno y al oxígeno de la molécula de agua, se rompe por efecto de la luz.
El proceso genera oxígeno gaseoso que se libera al ambiente, y la energía no utilizada es
almacenada en moléculas especiales llamadas ATP. En consecuencia, cada vez que la luz
esté presente, se desencadenará en la planta el proceso descrito.
Fase secundaria u 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 (C6HI2O6), 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 de almidón 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.
ACTIVIDADES
Instrucciones: Cada estudiante responderá las siguientes preguntas en formato de
Word. Las mismas deberán estar identificadas en la portada con el membrete
institucional, su nombre, apellido, año y titulo del tema.
Partiendo de la lectura da respuesta a lo siguiente:
1) Explique la relación e importancia de la fotosíntesis para el medio ambiente
2) Realice un esquema puntualizando los científicos y los experimentos que realizó
cada uno para construir una línea de tiempo.
3) Cuáles son las materias primas de la fotosíntesis?
4) ¿Qué productos resultan en la fotosíntesis?
5) ¿Qué sucedería si no hubiera energía solar?
6) ¿Qué sucedería si no existieran los vegetales?