Ideas sobre la Fotosíntesis

Nos encontramos en un planeta cubierto por una gran cantidad de vegetación la cual puede ser natural (procesos ecológicos endógenos) o "inducida" mediante la habilitación de cultivos o manejo de bosques y ecosistemas por la acción humana. Esta cobertura va a variar dependiendo de los factores climáticos y edáficos de las diferentes zonas del planeta; es por ello que existe gran variedad de biomas y ecosistemas.
Recordemos que un Bioma se va a diferenciar de otro de acuerdo a su vegetación, es así que encontramos biomas con vegetación adaptada a ambientes secos o húmedos.
Aunque existe esta variedad en la vegetación, todas tienen una característica en común... llevan a cabo el proceso de fotosíntesis, proceso por el cual las plantas producen su propio alimento a partir de varios elementos que se encuentran en el ambiente, por ejemplo el agua.
    Si bien, podemos asegurar que todos sabemos qué son las plantas, tenemos la idea de cómo se alimentan y qué necesitan para crecer, sin embargo, no todos estamos en contacto con materias como las Ciencias Naturales, Ecología, Biología (entre otros), lo que puede provocar que se tengan ideas incompletas o mal estructuradas, e incluso ideas completamente erróneas acerca de este proceso tan importante y vital para los seres vivos en este planeta, la fotosíntesis.


Figura 1. Proceso de Fotosíntesis básica.

Entre las ideas que podemos encontrar y que serán desarrolladas en este blog son que las plantas obtienen su energía de los animales, las hojas de la planta beben la lluvia y el rocío, y por último los gases no se involucran en la fabricación de alimento. 


Las plantas obtienen su energía de los animales

Seguramente te haz preguntado cómo es que las plantas obtienen la energía necesaria para poder crecer, y probablemente haz respondido que esa energía la obtienen de los animales que al morir y desintegrarse en el sustrato, mediante sus raíces o rizomas la obtendrían. En general esta idea no esta del todo mal sin embargo, no esta bien planteada y aterrizada.

 De acuerdo con las Leyes de la Termodinámica, exactamente la primera ley que básicamente nos dice que la energía no se crea ni se destruye solo se transforma, podemos creer que efectivamente las plantas obtendrán la energía de los animales que se encuentren en desintegración debido que, aunque se pierde gran parte de la energía que fluye en las cadenas tróficas alguna debe de quedar en el organismo inerte que servirá para los productores primarios (plantas). Sin embargo, no se absorberá energía como tal, lo que se absorben son macro (N, P, K, Ca, Mg) y micronutrientes (Zn, B, Mb, Mn, Cl, Cu) que servirán para llevar a cabo reacciones útiles para el adecuado metabolismo de la planta y así poder crecer y desarrollarse.

Ahora bien, entonces ¿de dónde obtienen la energía necesaria la plantas para poder crecer?, la respuesta es simple... la obtienen del Sol, de la gran estrella que ilumina nuestro cielo.

La energía solar (energía lumínica exactamente) es fundamental para el proceso de fotosíntesis, proceso primordial para la vida sobre la tierra. Recordemos que la fotosíntesis es el proceso metabólico que ocurre en las plantas terrestres, las algas de aguas dulces y marinas, en el que se convierten la energía solar en energía química permitiendo la transformación de la materia inorgánica en materia orgánica (que, por cierto, se verá en otro apartado en este mismo post).

Figura 2. Reacción del proceso de fotosíntesis

Les platicaré un poco acerca de cómo se lleva a cabo este proceso de transformación de la energía, y porqué se utiliza esta energía lumínica y no otra. El proceso se va a desarrollar en dos fases; fase lumínica y fase oscura, la primera será dependiente de la luz, la cual trataremos esta vez. Es importante mencionar que la luz esta formada por partículas de energía llamados fotones importantes para la transformación de energía.

Figura 3.El Cloroplasto y la fotosíntesis


En la fase lumínica se hace uso de los cloroplastos los cuales se encuentran las células de las hojas de las plantas, dentro de estos se encuentran membranas llamados tilacoides en donde se sitúan pigmentos (Clorofila a,b,c,d y e, carotenoides) especializados para la captación de luz, quizá conozcas estos pigmentos debido a que son quienes le dan el color a las hojas de acuerdo con la longitud de onda no absorbida (el color verde característico se debe a la capacidad de absorber fracciones roja y azul de la luz solar), dependiendo de la longitud de onda los fotos que contiene tendrán diferente carga energética.
Figura 4. Espectro de absorción de la luz

Las moléculas de clorofila están organizadas en estructuras captadoras de luz, denominados complejos antena, constituidos por un pigmento central como clorofila a y diferentes pigmentos accesorios, además de proteínas. Cuando existe incidencia de la luz en estos pigmentos se dice que hubo una excitación, es decir, se libera un electrón de su constitución molecular desplazándolo a un nivel energético.

Existen dos fotosistemas encargados de recibir fotones de luz en un flujo continuo el Fotosistema I (PS I) que absorbe luz del rojo lejano de  700 nm, y el Fotosistema II (PS II) que absorbe luz del rojo de 680nm, este último es el primero en que recibe los fotones los cuales pasarán los electrones mediante la cadena transportadora a el PS I, la energía que estos producen se emplea para bombear H+ a través de la membrana tilacoidal hacia el interior de esta hasta sus aceptores finales (moléculas de NADP oxidado que pasarán a NADPH reducido), además la energía sobrante se libera y las enzimas ATP-sintetasa la emplean para formar ATP (moneda energética de los organismos).

Figura 5. Proceso de captación y transporte de electrones

Como vimos, el papel fundamental de la clorofila es la captación de luz, por lo tanto, la absorción depende en gran medida de la concentración de clorofila y de otros pigmentos accesorios, sumándole que la disponibilidad y calidad de luz son también de gran importancia. Bueno pues ahora sabes que las plantas no absorben la energía de los animales sino del sol, y que las plantas cuentan con un mecanismo de absorción de la luz.


Las hojas de la planta beben la lluvia y el rocío.


¿Te has preguntado de dónde absorben el agua las plantas? 

Que curioso, a simple vista pareciera que lo hacen por medio de sus hojas, pero si fuera así porqué las gotas quedarían en la superficie, y, porqué en las mañanas aunque no haya llovido un día anterior vemos pequeñas gotas de rocío sobre las hojas de las plantitas... ¿Talvez las plantas ¨sudan¨ durante la noche ? y si es así ¿Cómo lo hacen ?
Bueno comencemos revisando cómo están conformadas las estructuras que le permiten "beber" el agua a las plantas.

De forma resumida, podemos encontrar que una planta esta constituida principalmente por raíz, tallos, hojas y en ocasiones flor. Veamos qué hace cada una, la raíz es la estructura que se encarga principalmente de absorber el agua, ya que está directamente en contacto con el suelo entonces capta el agua y las sales minerales que ahí se encuentran. Los tallos de forma general se encargan de darle sostén a la parte aérea de la planta, pero también de transportar  los nutrientes y las sustancias a través de la planta. Las hojas además de tener la función de captar la luz solar y atrapar CO2 para llevar a cabo el proceso de la fotosíntesis, también lleva acabo procesos conocidos como transpiración y respiración.

Figura. 6 Esquema de las partes de una planta

Figura. 7 Órganos vegetales 

Como podemos observar en la figura 6 cada estructura es mas compleja a medida que las estudiamos, sin embargo, específicamente en este apartado nos interesa una en particular, ¿adivinaste ?, ¡Si, nos referimos a la hoja!.


Ya vimos que la raíz es la encargada de absorber el agua, pero lo que nos tenia intrigados desde el principio es saber si las hojas también pueden "beber" el agua del ambiente exterior, y la respuesta es no, ya que tal como se puede mal interpretar, es pensar que el agua pasa directamente de las hojas hacia el interior de la planta, y no es así, de hecho lo que ocurre es un proceso mucho mas interesante y complejo. 

 Para que el agua pueda llegar hasta el interior de la planta, la los pelos radicales de la raíz tienen que absorber el agua, esta se difundirá a través del córtex y la endodermis con el objetivo de llegar al Xilema, el cual es un tejido que conduce el agua y minerales disueltos, desde la raíz hasta las hojas de la planta. Antes de llegar hasta este tejido el agua puede moverse por 3 vías para atravesar el córtex. Comenzaremos con la ruta apoplástica, en la cual el agua se mueve a través de las paredes celulares sin cruzar con membranas, por lo cual el agua no entra a las células. La segunda vía es la ruta transmembranal, el agua pasa a través de las membranas, pasando de una célula a otra. La tercera es la ruta simplástica, aquí las moléculas de agua pasan por las células por interconexiones celulares (plasmodesmos). En fin una vez que atraviesan el córtex deben cruzar la endodermis, es cual es es una capa de células de la raíz en forma de anillo con una cubierta llamada Banda de Caspary, que impide el intercambio de sustancias transversalmente entre las células de la endodermis. Por lo que el agua es forzada a ir a través de las membranas de las células endodérmicas. Cuando atraviesan la endodermis, las moléculas del agua pasan al xilema. Por lo que el agua será empujada por las perforaciones de los vasos y las traqueidas propios del xilema. Finalmente las moléculas de agua se unen a un torrente transpiratorio, que se dirige hacía las hojas. 


Figura.8 Estructura interior de una hoja
           

Figura.9 Floema y Xilema 


En las hojas se lleva un proceso muy interesante que ya mencionamos, la transpiración, y es prácticamente la perdida de agua en forma de vapor por medio de los estomas, junto al intercambio de CO2. Esto es principalmente como consecuencia de la actividad fotosintética de las células del mesófilo, pero también han logrado equilibrar la perdida de agua con el dióxido de carbono, para evitar estrés hídrico. 

Figura.10.Intercambio de CO2 y H2O por los estomas

Entonces ¿Qué aprendimos? qué las hojas no absorben directamente el agua, pero si tienen la capacidad de expulsar pequeñas cantidades de moléculas de agua en forma de vapor. Y que la raíz es el principal órgano vegetal que absorbe el agua y sus conductos vasculares es capas de transportar el agua hasta las hojas.  


Los gases no se involucran en la fabricación de alimento

La última de las ideas que vamos a comentar esta ocasión es si los gases están involucrados en la fabricación de alimentos de las plantas, con seguridad y con el texto de arriba podemos decir que esta idea es totalmente errónea debido a que en el proceso de fotosíntesis se requiere del gas dióxido de carbono (CO2) fundamental para la fabricación de carbohidratos.
El el primer apartado comentamos que la fotosíntesis de divide en dos fases, dependiente de la luz e independiente, esta última o fase oscura es la que se encargará de producir los alimentos para las plantas.
   
Figura 10. Intercambio de gases en las plantas
                                                                 

Figura 11. Fotosíntesis básica
Esta fase tiene lugar en el estroma del cloroplasto, en donde el conjunto de reacciones químicas para la formación de compuestos orgánicos se llama ciclo de Calvin, en donde a partir de agua y CO2 se sintetiza glucosa. ¿Recuerdan que en la fase luminosa los aceptores finales de los electrones eran NADPH y ATP? Pues en esta etapa se utilizarán., el ATP y el NADPH serán utilizados para fijar CO2 atmosférico y reducirlo para sintetizar carbohidratos (CH2On).

En la primera etapa consiste en la fijación de este gas, mediante la enzima Rubisco. Este ciclo que muestra sus 3 etapas fundamentales: carboxilación de ribulosa 1,5-bifosfato que genera 3-fosfoglicerato, reducción de éste a gliceraldehído -3-fosfato y, por último, regeneración del aceptor de CO2, es decir, regeneración de ribulosa-1,5-bifosfato.

Te lo explicamos de mejor manera a continuación:

En el estroma existe una molécula que acepta la adición de CO2, la ribulosa difosfato (de 5 carbonos) que formará un compuesto transitorio de 6 C, que rápidamente de hidroliza dando 2 moléculas de fosfoglicerato (PGA) (cada molécula de PGA contiene 3 átomos de carbono.

El PGA se convierte en difosfoglicerato mediante el gasto de un ATP, es necesaria la participación del NADPH para reducir al difosfoglicerato y convertirlo en gliceraldehído fosfato (PGAL), un azúcar de 3 C. Dos de estas triosas (PGAL) se condensan y forman una hexosa la fructosa 1,6 difosfato, en donde uno de los grupos fosfatos es eliminado enzimáticamente para producir fructosa 6 fosfato, la cual experimenta un reacondicionamiento molecular para convertirse en glucosa 6 fosfato. Este último compuesto puede ser incorporado a una molécula de almidón para ser almacenado.

Figura 12. Proceso de fotosíntesis






Referencias

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