- síntesis de sustancias orgánicas a partir de dióxido de carbono y agua con el uso obligatorio de energía luminosa:
6CO 2 + 6H 2 O + Q luz → C 6 H 12 O 6 + 6O 2.
En las plantas superiores, el órgano de la fotosíntesis es la hoja y los orgánulos de la fotosíntesis son los cloroplastos (estructura de los cloroplastos - conferencia número 7). Las membranas de los tilacoides del cloroplasto contienen pigmentos fotosintéticos: clorofilas y carotenoides. Hay varios diferentes tipos clorofila ( a, b, c, d), la principal es la clorofila a. En la molécula de clorofila se puede distinguir una “cabeza” de porfirina con un átomo de magnesio en el centro y una “cola” de fitol. La “cabeza” de porfirina es una estructura plana, es hidrófila y, por lo tanto, se encuentra en la superficie de la membrana que mira al ambiente acuoso del estroma. La “cola” del fitol es hidrofóbica y debido a esto retiene la molécula de clorofila en la membrana.
Las clorofilas absorben la luz roja y azul violeta, reflejan el verde y, por tanto, dan a las plantas su característico color verde. Las moléculas de clorofila en las membranas de los tilacoides se organizan en fotosistemas. Las plantas y las algas verdiazules tienen el fotosistema-1 y el fotosistema-2, y las bacterias fotosintéticas tienen el fotosistema-1. Sólo el fotosistema-2 puede descomponer el agua para liberar oxígeno y tomar electrones del hidrógeno del agua.
La fotosíntesis es un proceso complejo de varios pasos; Las reacciones de fotosíntesis se dividen en dos grupos: reacciones. fase de luz y reacciones fase oscura.
fase de luz
Esta fase ocurre solo en presencia de luz en las membranas de los tilacoides con la participación de clorofila, proteínas transportadoras de electrones y la enzima ATP sintetasa. Bajo la influencia de un cuanto de luz, los electrones de la clorofila se excitan, abandonan la molécula y entran en el lado exterior de la membrana tilacoide, que finalmente queda cargada negativamente. Las moléculas de clorofila oxidadas se reducen, tomando electrones del agua ubicada en el espacio intratilacoide. Esto conduce a la descomposición o fotólisis del agua:
H 2 O + Q luz → H + + OH - .
Los iones hidroxilo ceden sus electrones, convirtiéndose en radicales reactivos.OH:
OH - → .OH + e - .
Los radicales OH se combinan para formar agua y oxígeno libre:
4NO. → 2H 2 O + O 2.
En este caso, el oxígeno se elimina al ambiente externo y los protones se acumulan dentro del tilacoide en el "depósito de protones". Como resultado, la membrana tilacoide, por un lado, está cargada positivamente debido a H + y, por el otro, debido a los electrones, está cargada negativamente. Cuando la diferencia de potencial entre los lados exterior e interior de la membrana tilacoide alcanza los 200 mV, los protones son empujados a través de los canales de la ATP sintetasa y el ADP se fosforila a ATP; El hidrógeno atómico se utiliza para restaurar el portador específico NADP + (nicotinamida adenina dinucleótido fosfato) a NADPH 2:
2H + + 2e - + NADP → NADPH 2.
Así, en la fase luminosa se produce la fotólisis del agua, que va acompañada de tres procesos importantes: 1) síntesis de ATP; 2) la formación de NADPH 2; 3) la formación de oxígeno. El oxígeno se difunde a la atmósfera, el ATP y el NADPH 2 se transportan al estroma del cloroplasto y participan en los procesos de la fase oscura.
1 - estroma del cloroplasto; 2 - tilacoide grana.
fase oscura
Esta fase ocurre en el estroma del cloroplasto. Sus reacciones no requieren energía luminosa, por lo que ocurren no sólo en la luz, sino también en la oscuridad. Las reacciones de fase oscura son una cadena de transformaciones sucesivas del dióxido de carbono (procedente del aire), que conducen a la formación de glucosa y otras sustancias orgánicas.
La primera reacción de esta cadena es la fijación de dióxido de carbono; El aceptor de dióxido de carbono es un azúcar de cinco carbonos. bifosfato de ribulosa(RiBF); enzima cataliza la reacción Ribulosa bifosfato carboxilasa(RiBP carboxilasa). Como resultado de la carboxilación del bisfosfato de ribulosa, se forma un compuesto inestable de seis carbonos que inmediatamente se descompone en dos moléculas. ácido fosfoglicérico(FGK). Luego ocurre un ciclo de reacciones en el que el ácido fosfoglicérico se convierte en glucosa a través de una serie de intermediarios. Estas reacciones utilizan la energía del ATP y NADPH 2 formados en la fase ligera; El ciclo de estas reacciones se llama “ciclo de Calvin”:
6CO 2 + 24H + + ATP → C 6 H 12 O 6 + 6H 2 O.
Además de la glucosa, durante la fotosíntesis se forman otros monómeros de compuestos orgánicos complejos: aminoácidos, glicerol y ácidos grasos, nucleótidos. Actualmente, existen dos tipos de fotosíntesis: la fotosíntesis C 3 - y C 4.
C 3-fotosíntesis
Este es un tipo de fotosíntesis en el que el primer producto son compuestos de tres carbonos (C3). La fotosíntesis C 3 se descubrió antes que la fotosíntesis C 4 (M. Calvin). Es la fotosíntesis C 3 la que se describe arriba, bajo el título “Fase oscura”. Rasgos característicos de la fotosíntesis C 3: 1) el aceptor de dióxido de carbono es RiBP, 2) la reacción de carboxilación de RiBP es catalizada por la RiBP carboxilasa, 3) como resultado de la carboxilación de RiBP, se forma un compuesto de seis carbonos que se descompone en dos PGA. FGK se restablece fosfatos de triosa(FT). Parte del TF se utiliza para la regeneración de RiBP y otra parte se convierte en glucosa.
1 - cloroplasto; 2 - peroxisoma; 3 - mitocondrias.
Se trata de una absorción de oxígeno dependiente de la luz y una liberación de dióxido de carbono. A principios del siglo pasado se estableció que el oxígeno inhibe la fotosíntesis. Al final resultó que, para la RiBP carboxilasa el sustrato puede ser no solo dióxido de carbono, sino también oxígeno:
O 2 + RiBP → fosfoglicolato (2C) + PGA (3C).
La enzima se llama RiBP oxigenasa. El oxígeno es un inhibidor competitivo de la fijación de dióxido de carbono. El grupo fosfato se escinde y el fosfoglicolato se convierte en glicolato, que la planta debe aprovechar. Entra en los peroxisomas, donde se oxida a glicina. La glicina ingresa a las mitocondrias, donde se oxida a serina, con la pérdida del carbono ya fijado en forma de CO 2. Como resultado, dos moléculas de glicolato (2C + 2C) se convierten en un PGA (3C) y CO 2. La fotorrespiración conduce a una disminución del rendimiento de las plantas C3 en un 30-40% ( Con 3 plantas- plantas caracterizadas por la fotosíntesis C 3).
La fotosíntesis C 4 es la fotosíntesis en la que el primer producto son compuestos de cuatro carbonos (C 4). En 1965 se descubrió que en algunas plantas (caña de azúcar, maíz, sorgo, mijo) los primeros productos de la fotosíntesis son ácidos de cuatro carbonos. Estas plantas fueron llamadas Con 4 plantas. En 1966, los científicos australianos Hatch y Slack demostraron que las plantas C4 prácticamente no tienen fotorrespiración y absorben dióxido de carbono de manera mucho más eficiente. La vía de transformación del carbono en las plantas C 4 comenzó a denominarse por Hatch-Slack.
Las plantas C 4 se caracterizan por una especial estructura anatómica hoja. Todos los haces vasculares están rodeados por una doble capa de células: la capa externa son células del mesófilo y la capa interna son células de la vaina. El dióxido de carbono se fija en el citoplasma de las células del mesófilo, el aceptor es fosfoenolpiruvato(PEP, 3C), como resultado de la carboxilación de PEP, se forma oxalacetato (4C). El proceso es catalizado PEP carboxilasa. A diferencia de la RiBP carboxilasa, la PEP carboxilasa tiene una mayor afinidad por el CO 2 y, lo más importante, no interactúa con el O 2 . Los cloroplastos del mesófilo tienen muchos granos donde ocurren activamente reacciones de fase ligera. Las reacciones de fase oscura ocurren en los cloroplastos de las células de la vaina.
El oxalacetato (4C) se convierte en malato, que se transporta a través de los plasmodesmos hacia las células de la vaina. Aquí se descarboxila y deshidrogena para formar piruvato, CO 2 y NADPH 2 .
El piruvato regresa a las células del mesófilo y se regenera utilizando la energía del ATP en PEP. El CO 2 es nuevamente fijado por la RiBP carboxilasa para formar PGA. La regeneración de PEP requiere energía ATP, por lo que requiere casi el doble de energía que la fotosíntesis C 3.
El significado de la fotosíntesis.
Gracias a la fotosíntesis, cada año se absorben de la atmósfera miles de millones de toneladas de dióxido de carbono y se liberan miles de millones de toneladas de oxígeno; la fotosíntesis es la principal fuente de formación de sustancias orgánicas. El oxígeno forma la capa de ozono, que protege a los organismos vivos de la radiación ultravioleta de onda corta.
Durante la fotosíntesis, una hoja verde utiliza sólo aproximadamente el 1% de la energía solar que incide sobre ella; la productividad es de aproximadamente 1 g de materia orgánica por 1 m2 de superficie por hora.
Quimiosíntesis
La síntesis de compuestos orgánicos a partir de dióxido de carbono y agua, que se lleva a cabo no gracias a la energía de la luz, sino gracias a la energía de oxidación de sustancias inorgánicas, se denomina quimiosíntesis. Los organismos quimiosintéticos incluyen algunos tipos de bacterias.
bacterias nitrificantes el amoníaco se oxida a nitroso y luego a ácido nítrico (NH 3 → HNO 2 → HNO 3).
Bacterias de hierro convertir hierro ferroso en óxido de hierro (Fe 2+ → Fe 3+).
bacterias del azufre oxidar el sulfuro de hidrógeno a azufre o ácido sulfúrico (H 2 S + ½O 2 → S + H 2 O, H 2 S + 2O 2 → H 2 SO 4).
Como resultado de reacciones de oxidación de sustancias inorgánicas, se libera energía, que las bacterias almacenan en forma de enlaces ATP de alta energía. El ATP se utiliza para la síntesis de sustancias orgánicas, que se desarrolla de manera similar a las reacciones de la fase oscura de la fotosíntesis.
Las bacterias quimiosintéticas contribuyen a la acumulación en el suelo. minerales, mejorar la fertilidad del suelo, promover la limpieza aguas residuales etc.
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La vida en la Tierra es posible gracias a la luz, principalmente a la energía solar. Esta energía se convierte en energía de los enlaces químicos de sustancias orgánicas formadas durante la fotosíntesis.
Todas las plantas y algunas procariotas (bacterias fotosintéticas y algas verdiazules) realizan la fotosíntesis. Estos organismos se llaman fotótrofos . La energía para la fotosíntesis proviene de la luz, que es capturada por moléculas especiales llamadas pigmentos fotosintéticos. Dado que sólo se absorbe una determinada longitud de onda de luz, algunas de las ondas de luz no se absorben sino que se reflejan. Dependiendo de la composición espectral de la luz reflejada, los pigmentos adquieren color: verde, amarillo, rojo, etc.
Hay tres tipos de pigmentos fotosintéticos: clorofilas, carotenoides y ficobilinas . El pigmento más importante es la clorofila. La base es un núcleo plano de porfirina formado por cuatro anillos de pirrol conectados por puentes metilo, con un átomo de magnesio en el centro. Hay varias clorofilas tipo a. Las plantas superiores, las algas verdes y euglena tienen clorofila B, que se forma a partir de clorofila A. Las algas marrones y diatomeas contienen clorofila C en lugar de clorofila B, y las algas rojas contienen clorofila D. Otro grupo de pigmentos lo forman los carotenoides, cuyo color varía del amarillo al rojo. Se encuentran en todos los plastidios coloreados (cloroplastos, cromoplastos) de las plantas. Además, en las partes verdes de las plantas, la clorofila enmascara los carotenoides, haciéndolos invisibles hasta la llegada del frío. En otoño, los pigmentos verdes se destruyen y los carotenoides se vuelven claramente visibles. Los carotenoides son sintetizados por bacterias y hongos fototróficos. Las ficobilinas están presentes en las algas rojas y las cianobacterias.
Etapa ligera de la fotosíntesis.
Las clorofilas y otros pigmentos de los cloroplastos forman formas específicas. complejos de captación de luz . Mediante resonancia electromagnética, transfieren la energía recolectada a moléculas especiales de clorofila. Estas moléculas, bajo la influencia de la energía de excitación, dan electrones a moléculas de otras sustancias. vectores , y luego quitar electrones a las proteínas y luego al agua. La división del agua durante la fotosíntesis se llama fotólisis . Esto ocurre en las cavidades de los tilacoides. Los protones pasan a través de canales especiales hacia el estroma. Esto libera la energía necesaria para la síntesis de ATP:
2H 2 O = 4e + 4H + + O 2
ADP + P = ATP
La participación de la energía luminosa aquí es un requisito previo, por eso esta etapa se llama etapa de luz. El oxígeno producido como subproducto se elimina al exterior y la célula lo utiliza para la respiración.
Etapa oscura de la fotosíntesis.
Las siguientes reacciones tienen lugar en el estroma del cloroplasto. Los monosacáridos se forman a partir de dióxido de carbono y agua. Este proceso en sí contradice las leyes de la termodinámica, pero como están involucradas moléculas de ATP, debido a esta energía, la síntesis de glucosa es un proceso real. Posteriormente, a partir de sus moléculas se crean polisacáridos: celulosa, almidón y otras moléculas orgánicas complejas. La ecuación general de la fotosíntesis se puede representar de la siguiente manera:
6CO 2 + 6H 2 O = C 6 H 12 O 6 + 6O 2
Especialmente una gran cantidad de almidón se deposita en los cloroplastos durante el día durante los intensos procesos fotosintéticos; durante la noche, el almidón se descompone en formas solubles y la planta lo utiliza;
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Con o sin el uso de energía luminosa. Es característico de las plantas. Consideremos a continuación cuáles son las fases oscura y clara de la fotosíntesis.
información general
El órgano de la fotosíntesis en las plantas superiores es la hoja. Los cloroplastos actúan como orgánulos. Los pigmentos fotosintéticos están presentes en las membranas de sus tilacoides. Son los carotenoides y las clorofilas. Estos últimos existen en varias formas (a, c, b, d). El principal es la a-clorofila. Su molécula contiene una “cabeza” de porfirina con un átomo de magnesio ubicado en el centro, así como una “cola” de fitol. El primer elemento se presenta como una estructura plana. La “cabeza” es hidrófila, por lo que se ubica en aquella parte de la membrana que se dirige hacia el ambiente acuoso. La "cola" del fitol es hidrofóbica. Debido a esto, retiene la molécula de clorofila en la membrana. Las clorofilas absorben la luz azul violeta y roja. También reflejan el verde, dando a las plantas su color característico. En las membranas tilacoides, las moléculas de clorofila se organizan en fotosistemas. Las algas y plantas verdiazules se caracterizan por los sistemas 1 y 2. Las bacterias fotosintéticas solo tienen el primero. El segundo sistema puede descomponer el H2O y liberar oxígeno.
Fase luminosa de la fotosíntesis.
Los procesos que ocurren en las plantas son complejos y de múltiples etapas. En particular, se distinguen dos grupos de reacciones. Son las fases oscura y clara de la fotosíntesis. Esto último ocurre con la participación de la enzima ATP, proteínas de transferencia de electrones y clorofila. La fase ligera de la fotosíntesis ocurre en las membranas tilacoides. Los electrones de la clorofila se excitan y abandonan la molécula. Después de esto, terminan en la superficie exterior de la membrana tilactoide. Éste, a su vez, queda cargado negativamente. Después de la oxidación, comienza la reducción de las moléculas de clorofila. Toman electrones del agua, que está presente en el espacio intralacoide. Así, la fase luminosa de la fotosíntesis ocurre en la membrana durante la descomposición (fotólisis): H 2 O + Q luz → H + + OH -
Los iones hidroxilo se convierten en radicales reactivos, donando sus electrones:
OH - → .OH + e -
Los radicales OH se combinan para formar oxígeno y agua libres:
4NO. → 2H 2 O + O 2.
En este caso, el oxígeno se elimina al entorno circundante (externo) y los protones se acumulan dentro del tilactoide en un "depósito" especial. Como resultado, donde ocurre la fase luminosa de la fotosíntesis, la membrana tilactoide recibe una carga positiva debido al H + en un lado. Además, debido a los electrones, tiene carga negativa.
Fosfirilación de ADP
Cuando ocurre la fase luminosa de la fotosíntesis, existe una diferencia de potencial entre las superficies interna y externa de la membrana. Cuando alcanza los 200 mV, los protones comienzan a ser empujados a través de los canales de la ATP sintetasa. Así, la fase ligera de la fotosíntesis ocurre en la membrana cuando el ADP se fosforila a ATP. En este caso, se envía hidrógeno atómico para restaurar el portador especial nicotinamida adenina dinucleótido fosfato NADP+ a NADP.H2:
2Н + + 2е — + NADP → NADP.Н 2
La fase luminosa de la fotosíntesis incluye, por tanto, la fotólisis del agua. Esto, a su vez, va acompañado de tres reacciones más importantes:
- Síntesis de ATP.
- Formación de NADP.H 2.
- Formación de oxígeno.
La fase luminosa de la fotosíntesis va acompañada de la liberación de esta última a la atmósfera. NADP.H2 y ATP pasan al estroma del cloroplasto. Esto completa la fase luminosa de la fotosíntesis.
Otro grupo de reacciones
La fase oscura de la fotosíntesis no requiere energía luminosa. Va en el estroma del cloroplasto. Las reacciones se presentan en forma de una cadena de transformaciones secuenciales del dióxido de carbono proveniente del aire. Como resultado, se forman glucosa y otras sustancias orgánicas. La primera reacción es la fijación. Ribulosa bifosfato (azúcar de cinco carbonos) RiBP actúa como aceptor de dióxido de carbono. El catalizador de la reacción es la ribulosa bifosfato carboxilasa (enzima). Como resultado de la carboxilación de RiBP, se forma un compuesto inestable de seis carbonos. Casi instantáneamente se descompone en dos moléculas de PGA (ácido fosfoglicérico). Luego de esto ocurre un ciclo de reacciones donde se transforma en glucosa a través de varios productos intermedios. Utilizan la energía de NADP.H 2 y ATP, que se convirtieron durante la fase luminosa de la fotosíntesis. El ciclo de estas reacciones se llama "ciclo de Calvin". Se puede representar de la siguiente manera:
6CO 2 + 24H+ + ATP → C 6 H 12 O 6 + 6H 2 O
Además de la glucosa, durante la fotosíntesis se forman otros monómeros de compuestos orgánicos (complejos). A éstos pertenecen en particular los ácidos grasos, la glicerina, los aminoácidos y los nucleótidos.
reacciones C3
Son un tipo de fotosíntesis que produce compuestos de tres carbonos como primer producto. Esto es lo que se describe anteriormente como el ciclo de Calvin. Los rasgos característicos de la fotosíntesis C3 son:
- RiBP es un aceptor de dióxido de carbono.
- La reacción de carboxilación está catalizada por la RiBP carboxilasa.
- Se forma una sustancia de seis carbonos que posteriormente se descompone en 2 FHA.
El ácido fosfoglicérico se reduce a TP (triosas fosfatos). Algunos de ellos se utilizan para la regeneración de ribulosa bifosfato y el resto se convierte en glucosa.
reacciones C4
Este tipo de fotosíntesis se caracteriza por la aparición de compuestos de cuatro carbonos como primer producto. En 1965 se descubrió que las sustancias C4 aparecen por primera vez en algunas plantas. Por ejemplo, esto se ha establecido para el mijo, el sorgo, la caña de azúcar y el maíz. Estos cultivos se conocieron como plantas C4. Al año siguiente, 1966, Slack y Hatch (científicos australianos) descubrieron que carecen casi por completo de fotorrespiración. También se descubrió que estas plantas C4 absorben dióxido de carbono de manera mucho más eficiente. Como resultado, la vía de transformación del carbono en dichos cultivos comenzó a denominarse vía Hatch-Slack.
Conclusión
La importancia de la fotosíntesis es muy grande. Gracias a ello, cada año se absorbe dióxido de carbono de la atmósfera en enormes volúmenes (miles de millones de toneladas). En cambio, no se libera menos oxígeno. La fotosíntesis actúa como la principal fuente de formación de compuestos orgánicos. El oxígeno participa en la formación de la capa de ozono, que protege a los organismos vivos de los efectos de la radiación ultravioleta de onda corta. Durante la fotosíntesis, una hoja absorbe sólo el 1% de la energía total de la luz que incide sobre ella. Su productividad está dentro de 1 g de compuesto orgánico por 1 metro cuadrado. m de superficie por hora.
El proceso de fotosíntesis finaliza con reacciones de fase oscura, durante las cuales se forman carbohidratos. Para llevar a cabo estas reacciones se utiliza energía y sustancias almacenadas durante la fase luminosa: para el descubrimiento de este ciclo de reacciones en 1961, el Premio Nobel. Intentaremos hablar breve y claramente sobre la fase oscura de la fotosíntesis.
Localización y condiciones.
Las reacciones de fase oscura tienen lugar en el estroma (matriz) de los cloroplastos. No dependen de la presencia de luz, ya que la energía que requieren ya está almacenada en forma de ATP.
Para la síntesis de carbohidratos se utiliza hidrógeno obtenido de la fotólisis del agua y unido en moléculas de NADPH₂. También es necesaria la presencia de azúcares, a los que se unirá un átomo de carbono de la molécula de CO₂.
La fuente de azúcares para las plantas en germinación es el endospermo, sustancias de reserva que se encuentran en la semilla y se obtienen de la planta madre.
Estudiando
El conjunto de reacciones químicas de la fase oscura de la fotosíntesis que conducen a la formación de glucosa fue descubierto por M. Calvin y sus colaboradores.
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Arroz. 1. Melvin Calvin en el laboratorio.
El primer paso de la fase es obtener compuestos con tres átomos de carbono.
Para algunas plantas, el primer paso será la formación de ácidos orgánicos con 4 átomos de carbono. Este camino fue descubierto por los científicos australianos M. Hatch y S. Slack y se llama C₄ - fotosíntesis.
El resultado de la fotosíntesis de C₄ también es la glucosa y otros azúcares.
unión de CO₂
Debido a la energía del ATP obtenida en la fase luminosa, las moléculas de ribulosa fosfato se activan en el estroma. Se convierte en el compuesto altamente reactivo ribulosa difosfato (RDP), que tiene 5 átomos de carbono.
Arroz. 2. Esquema de conexión de CO₂ al RDF.
Se forman dos moléculas de ácido fosfoglicérico (PGA), que tiene tres átomos de carbono. En el siguiente paso, el PGA reacciona con el ATP y forma ácido difosfoglicérico. DiPHA reacciona con NADPH₂ y se reduce a fosfogliceraldehído (PGA).
Todas las reacciones ocurren sólo bajo la influencia de las enzimas apropiadas.
PHA forma fosfodioxiacetona.
formación de hexosa
En la siguiente etapa, por condensación de PHA y fosfodioxiacetona, se forma fructosa difosfato, que contiene 6 átomos de carbono y es el material de partida para la formación de sacarosa y polisacáridos.
Arroz. 3. Esquema de la fase oscura de la fotosíntesis.
El difosfato de fructosa puede reaccionar con PHA y otros productos de fase oscura, dando lugar a cadenas de azúcares de 4, 5, 6 y 7 carbonos. Uno de los productos estables de la fotosíntesis es la ribulosa fosfato, que vuelve a entrar en el ciclo de reacción interactuando con el ATP. Para obtener una molécula de glucosa, ésta pasa por 6 ciclos de reacciones en fase oscura.
Los carbohidratos son el principal producto de la fotosíntesis, pero también se forman aminoácidos, ácidos grasos y glicolípidos a partir de productos intermedios del ciclo de Calvin.
Así, en el organismo vegetal, muchas funciones dependen de lo que sucede en la fase oscura de la fotosíntesis. Las sustancias obtenidas en esta fase se utilizan en la biosíntesis de proteínas, grasas, respiración y otros procesos intracelulares.Evaluación del informe
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Fotosíntesis es el proceso de síntesis de sustancias orgánicas a partir de inorgánicas utilizando energía luminosa. En la gran mayoría de los casos, la fotosíntesis la llevan a cabo las plantas utilizando orgánulos celulares como cloroplastos que contiene pigmento verde clorofila.
Si las plantas no fueran capaces de sintetizar materia orgánica, entonces casi todos los demás organismos de la Tierra no tendrían nada que comer, ya que los animales, los hongos y muchas bacterias no pueden sintetizar. materia organica de inorgánico. Solo absorben los ya preparados, los descomponen en otros más simples, de los cuales nuevamente ensamblan otros complejos, pero ya característicos de su cuerpo.
Este es el caso si hablamos muy brevemente de la fotosíntesis y su papel. Para entender la fotosíntesis, necesitamos decir más: ¿qué sustancias inorgánicas específicas se utilizan, cómo ocurre la síntesis?
La fotosíntesis requiere dos sustancias inorgánicas: dióxido de carbono (CO 2) y agua (H 2 O). El primero es absorbido del aire por las partes aéreas de las plantas, principalmente a través de los estomas. El agua proviene del suelo, desde donde el sistema conductor de la planta la entrega a las células fotosintéticas. Además, la fotosíntesis requiere la energía de los fotones (hν), pero no se puede atribuir a la materia.
En total, la fotosíntesis produce materia orgánica y oxígeno (O2). Por lo general, la materia orgánica suele significar glucosa (C 6 H 12 O 6).
Compuestos orgánicos principalmente están formados por átomos de carbono, hidrógeno y oxígeno. Se encuentran en el dióxido de carbono y el agua. Sin embargo, durante la fotosíntesis se libera oxígeno. Sus átomos se toman del agua.
De manera breve y general, la ecuación para la reacción de la fotosíntesis suele escribirse de la siguiente manera:
6CO 2 + 6H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6O 2
Pero esta ecuación no refleja la esencia de la fotosíntesis y no la hace comprensible. Mira, aunque la ecuación está balanceada, en ella el número total de átomos en el oxígeno libre es 12. Pero dijimos que provienen del agua, y solo hay 6.
De hecho, la fotosíntesis se produce en dos fases. El primero se llama luz, segundo - oscuro. Tales nombres se deben al hecho de que la luz es necesaria solo para la fase luminosa, la fase oscura es independiente de su presencia, pero esto no significa que ocurra en la oscuridad. La fase luminosa ocurre en las membranas de los tilacoides del cloroplasto y la fase oscura ocurre en el estroma del cloroplasto.
Durante la fase luminosa, no se produce la unión del CO2. Lo único que sucede es que la energía solar es capturada por complejos de clorofila, almacenada en ATP y energía utilizada para reducir NADP a NADP*H2. El flujo de energía de la clorofila excitada por la luz lo proporcionan los electrones transmitidos a lo largo de la cadena de transporte de electrones de las enzimas integradas en las membranas de los tilacoides.
El hidrógeno para el NADP proviene del agua, que la luz solar descompone en átomos de oxígeno, protones de hidrógeno y electrones. Este proceso se llama fotólisis. El oxígeno del agua no es necesario para la fotosíntesis. Los átomos de oxígeno de dos moléculas de agua se combinan para formar oxígeno molecular. La ecuación de reacción para la fase luminosa de la fotosíntesis se ve brevemente así:
H 2 O + (ADP+P) + NADP → ATP + NADP*H 2 + ½O 2
Por tanto, la liberación de oxígeno se produce durante la fase luminosa de la fotosíntesis. El número de moléculas de ATP sintetizadas a partir de ADP y ácido fosfórico por fotólisis de una molécula de agua puede ser diferente: una o dos.
Así, el ATP y el NADP*H 2 pasan de la fase luminosa a la fase oscura. Aquí, la energía del primero y el poder reductor del segundo se gastan en la unión del dióxido de carbono. Esta etapa de la fotosíntesis no se puede explicar de manera simple y concisa porque no se produce de la misma manera que seis moléculas de CO 2 se combinan con el hidrógeno liberado de las moléculas de NADP*H 2 para formar glucosa:
6CO 2 + 6NADP*H 2 →C 6 H 12 O 6 + 6NADP
(la reacción se produce con el gasto de energía ATP, que se descompone en ADP y ácido fosfórico).
La reacción dada es solo una simplificación para que sea más fácil de entender. De hecho, las moléculas de dióxido de carbono se unen una por una, uniéndose a la sustancia orgánica de cinco carbonos ya preparada. Se forma una sustancia orgánica inestable de seis carbonos, que se descompone en moléculas de carbohidratos de tres carbonos. Algunas de estas moléculas se utilizan para resintetizar la sustancia original de cinco carbonos para unir CO 2 . Esta resíntesis está asegurada ciclo de calvin. Una minoría de moléculas de carbohidratos que contienen tres átomos de carbono salen del ciclo. Todas las demás sustancias orgánicas (carbohidratos, grasas, proteínas) se sintetizan a partir de ellas y otras sustancias.
Es decir, de hecho, los azúcares de tres carbonos, no la glucosa, salen de la fase oscura de la fotosíntesis.
