TEMA 5: Fotosíntesis. Generalidades

5.
FOTOSÍNTESIS.
GENERALIDADES.
Introducción. Ecuación general de la fotosíntesis:
proceso global. Magnitud de la fotosíntesis.
Objetivos:
 Entender la fotosíntesis como un todo global, integrado por
procesos específicos.
 Adquirir conocimientos sobre la evolución histórica del
proceso para comprender los planteamientos experimentales.
 Descripción somera del proceso e identicar los actores del
mismo.
 Valorar la magnitud del proceso desde su importancia en el
mantenimiento de las condiciones de vida actuales.
Introducción.
La fotosíntesis es un proceso de oxidorreducción mediado por
energía luminosa, en el que se genera materia orgánica a partir de
CO2 y agua.
Las moléculas de agua se fotooxidan, generando protones,
electrones y O2 . Es importante recordar que la liberación de
oxígeno no es una finalidad de la fotosíntesis, sino un producto
secundario de esta.
Ecuación general de la fotosíntesis: proceso global
Desarrollo histórico de la fotosíntesis.
La teoría aristotélica del “humus” perduró hasta el s.XIX
cuando Liebing observó que las platas al crecer en presencia de luz
regeneraban el aíre.. En 1771, Priestley realizó un experimento en
el cual mostraba que las plantas iluminadas consumen CO2 y
desprenden O2, al contrario que los animales. (celebre experimento
de campana+ planta+ratón).
Ingenhousz, en 1779, concluye que las plantas vician el aire
tanto en luz como en oscuridad. A su vez, Senebeier, añade que la
capacidad de las plantas para regenerar el aire depende de la
presencia de aire fijado.
En 1837, Dutrochet reconoce el papel de la clorofila en la
fotosíntesis.
Theodore de Saussure, respecto a la nutrición carbonatada,
certifica que todo el carbono asimilado procede del dióxido de
carbono absorbido. En este sentido afirma erróneamente que el
volumen de oxígeno liberado nunca es superior al volumen de CO2
absorbido.
Etapa prequímica.
Robert Mayer (1827) demostró la función de la fotosíntesis en
la cadena de las transformaciones energéticas que ocurren en la
tierra refiriéndose por primera vez a la importancia de las plantas
verdes en el ciclo completo de la materia y energía.
J. Sachs (1859) demostró que en el proceso de fotosíntesis se
formaban compuestos de carbono. Para ello cubrió la mitad se una
hoja y la otra la dejó expuesta a la luz. Más tarde, expuso a vapores
de yodo toda la hoja y observó que la parte iluminada se tornaba
color violeta oscuro, lo que se sabía, se debía a la presencia de
almidón y su reacción con el yodo . A este autor le debemos la
ecuación clásica de la fotosíntesis.
CO2 + H2O + LUZ = CH2O + O2
Van Niel (1930-1940) propone que el oxígeno desprendido
durante la fotosíntesis deriva del H20 y no del CO2.
Etapa química.
Hill, en 1937, demuestra que suspensiones celulares
(cloroplastos aislados) son capaces de liberar oxígeno en presencia
de luz, si se les proporciona un aceptor adecuado de los electrones
que se extraen del agua. La ruptura del agua por efecto de la luz,
denominada fotólisis, se ha conocido como la reacción de Hill.
Concluyó que la fotosíntesis era una proceso de oxidorreducción.
Ochoa y Vishniac (1950) aclararon que la molécula que de
reducía en la oxidorreducción de Hill era el NADP (reactivo de Hill)
2NADP+ 2H2O+ LUZ  2NADPH+ 2H+ + O2
Blackman , 1950, midió la tasa fotosintética en función de la
intensidad luminosa y la concentración de CO2, observando que:
 En ambos casos se pasaba de una relación de
proporcionalidad a una relación independiente de los
factores, a medida que aumentan sus concentraciones.
(Fig.1)
Conclusiones de Blackman :
 Existe saturación por luz y CO2.
 La fotosíntesis consta de dos reacciones:
o Reacciones fotoquímicas
o Reacciones independientes de luz.
Emerson y Arnold, en 1932, expusieron suspensiones de
Chlorella a destellos de milésimas de segundo, midiendo
producción de oxígeno en función del periodo oscuro y duración del
destello (Fig.2).
 La producción de oxígeno aumenta con la energía hasta
un techo, igual que en luz continua.
 Si se mide producción de oxígeno en función del
intervalo oscuro entre destellos, se observa que
aumenta a medida que se incrementa la duración del
periodo oscuro hasta un valor de saturación de 0,1 seg. ,
el cual será el tiempo mínimo para que las reacciones
enzimáticas consuman el sustrato de la fase luminosa.
Emerson también demostró que la evolución de la fotosíntesis
depende de la calidad de la luz incidente. (Nota.- El efecto Emerson
se explicará en el tema siguiente).
CONCLUSIONES GENERALES.
1. La fotosíntesis es un proceso de oxidorreducción mediado
por energía luminosa. Es por esto que las plantas son los
productores primarios de los ecosistemas.
2. Consta de dos etapas porque hay saturación por luz y
CO2:
a. Fotoquímica, en la que se produce
asimilatorio (ATP y poder reductor).
poder
b. Independiente de luz, en la que se asimila carbono,
nitrógeno y azufre.
Ambas etapas son dependientes y consecutivas.
3. El poder reductor se obtiene por transferencia de
electrones.
El ATP se obtiene por gradiente de protones.
4. Todo esto es posible gracias a la asimetría en la
membrana de los tilacoides en cuanto a disposición de los
fotosistemas y ATP-sintasa.
5. La fotosíntesis es un proceso fundamental pero poco
eficiente.
a. Para un incremento de 1g de peso seco se precisan
entre diez y veinte litros de CO2.
b. CO2 + H20  h  CH20 + 02
Esta
reacción se realiza en contra de gradiente, necesita
aporte de energía.
c. El CO2 entra preferentemente por los estomas y
para ello debe vencer una serie de barreras
1. Por los estomas también se desprende
oxígeno  Resistencia entre gases.
2. En la zona que rodea a la hoja, la
concentración de CO2 es distinta que en
atmósfera.
3. En la hoja también se realizan respiración y
fotorrespiración.
Magnitud de la fotosíntesis.
ENERGÍA Y EL FUTURO DEL HOMBRE.
La atmósfera primitiva contenía poco oxigeno y, posiblemente,
bastante más carbono que la actual. La fotosíntesis cambió la
atmósfera. Hoy en día presenta un 21% de O2 y 0,035% de CO2.
La concentración de CO2 ha ido aumentado a lo largo de los
últimos siglos. En 1868, por ejemplo, era del 0,027% frente al
0,035% de 1957. Este aumento, junto con el de áreas deforestadas,
repercute directamente en el cambio climático con un incremento de
la temperatura.
Actualmente, nos encontramos ante la necesidad de
desarrollar alternativas a la obtención de energía (energías
vegetales, bioenergía, etc) para reducir el gasto de reservas fósiles.
También podemos modificar las plantas para que sean más
eficaces fotosintetizando y así evitemos el descenso en la
producción de biomasa provocado por el aumento de la
concentración de anhídrido carbónico en la atmósfera.
Inés Noval