Se define principalmente como es proceso por el cual los organismos que contienen clorofila absorben la luz solar para así crear su alimento y tener un crecimiento, de esta forma el CO2 se reduce en los carbohidratos presentes.
Una de las características esenciales de la vida es el consumo de energía, ya que todos los procesos vitales sólo se producen si disponen de ella. Todos los vegetales obtienen esa energía de la luz solar. En ellos, el proceso de captación y transformación de dicha energía en compuestos biológicamente aprovechables ("alimento-energía") se denomina fotosíntesis.
Las plantas poseen un compuesto de color verde llamado clorofila (pigmento fotosintético) que tiene la capacidad de absorber energía de la luz solar y cederla para la elaboración (síntesis) de hidratos de carbono (almidón) a partir de dos compuestos disponibles en el medio: agua (H2O) y dióxido de carbono (CO2). Este proceso fotoquímico produce además, oxígeno (02) que es liberado a la atmósfera y tiene fundamental importancia para la vida en general, ya que permite cumplir el proceso respiratorio.
En símbolos la fotosíntesis se expresa :
luz
CO2 + H2O ————– (CH2O)n + O2
Dióxido de carbono Agua clorofila Hidrato de carbono Oxígeno
Compuesto Energético
El almidón producido representa una materia prima fundamental para la vida de los vegetales ya que, conjuntamente con los nutrientes obtenidos del suelo, permiten cumplir los complejos procesos químicos y biológicos que permiten su existencia.
Dado que los vegetales (productores) representan el primer eslabón de las cadenas alimentarías, los animales (consumidores) dependen inevitablemente de la fotosíntesis, de manera que prácticamente toda la energía que circula por los ecosistemas tiene su origen en la fotosíntesis. La cantidad de energía que de esta manera se acumula en forma de materia orgánica en la plantas verdes (productores), expresa la producción primaria que en valores medios aproximados y a lo largo de un año es de:
102 x 109 t (102.000 billones de kg) de materia orgánica de plantas en los continentes.
42 x 109 t (42.000 billones de kg) de materia orgánica de fitoplancton en mares y océanos.
A su vez, los combustibles fósiles (carbón, petróleo y gas), cuyo origen está directamente vinculado a la materia vegetal (principalmente fitoplancton) que existía en el planeta hace millones de años, liberan al ser usados (combustión) energía de origen fotosintético.
El proceso fotosintético representa un punto critico de gran importancia dentro de los ciclos naturales del carbono y del oxígeno y en general dentro de la trama de los ciclos biogeoquímicos.
Muchos de los herbicidas empleados por el hombre para combatir malezas, y ciertos contaminantes, actúan inhibiendo la fotosíntesis y provocando con ello la muerte del vegetal. Se ha observado también, que un incremento de la radiación ultravioleta sobre los valores normales, ha provocado la inhibición de la fotosíntesis en los sistemas fitoplanctónicos disminuyendo su productividad y afectando seriamente el equilibrio de la red trófica.
La naturaleza de la luz
La luz blanca se descompone en diferentes colores (color = longitud de onda) cuando pasa por un prisma. La longitud de onda se define como la distancia de pico a pico (o de valle a valle). La energía es inversamente proporcional a la longitud de onda: longitudes de onda larga tienen menor energía que las cortas.
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La distribución de los colores en el espectro esta determinado por la longitud de onda de cada uno de ellos. La luz visible es una pequeña parte del espectro electromagnético. Cuanto más larga la longitud de onda de la luz visible tanto más rojo el color. Asimismo las longitudes de onda corta están en la zona violeta del espectro. Las longitudes de onda mas largas que las del rojo se denominan infrarrojas, y aquellas mas cortas que el violeta, ultravioletas.
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La luz tiene una naturaleza dual: se comporta como onda y partícula. Entre las propiedades de la onda luminosa se incluyen la refracción de la onda cuando pasa de un material a otro. El efecto fotoeléctrico demuestra el comportamiento de la luz como partícula. El zinc se carga positivamente cuando es expuesto a luz ultravioleta en razón de que la energía de las partículas luminosas eliminan electrones del zinc. Estos electrones pueden crear una corriente eléctrica. El sodio, potasio y selenio tienen longitudes de onda críticas en el rango de la luz visible. La longitud de onda crítica es la mayor longitud de onda (visible o no) que puede causar un efecto fotoeléctrico. Albert Einstein desarrolló en 1905 la teoría de que la luz estaba compuesta de unas partículas denominadas fotones, cuya energía era inversamente proporcional a la longitud de onda de la luz. La Luz por lo tanto tiene propiedades explicables tanto por el modelo ondulatorio como por el corpuscular.
Clorofila y Pigmentos accesorios
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Un pigmento es cualquier sustancia que absorba la luz. El color del pigmento esta dado por la longitud de onda no absorbida (y por lo tanto reflejada). Los pigmentos negros absorben todas las longitudes de onda que les llega. Los pigmentos blancos reflejan prácticamente toda la energía que les llega. Los pigmentos tienen un espectro de absorción característico de cada uno de ellos.
La clorofila, el pigmento verde común a todas las células fotosintéticas, absorbe todas las longitudes de onda del espectro visible, excepto las de la percepción global del verde, detectado por nuestros ojos. Para ver el gráfico seleccione la opción "Descargar" del menú superior
Tal como se observa en la fórmula, la clorofila es una molécula compleja que posee un átomo de magnesio en el centro, mantenido por un anillo de porfirinas. Numerosas modificaciones de la clorofila se encuentran entre las plantas y otros organismos fotosintéticos (plantas, algunos protistas, proclorobacteria y cianobacterias).
Los pigmentos accesorios que incluyen a la clorofila b (también c, d, y e en algas y protistas) y los carotenoides, como el beta caroteno y las xantofilas (carotenoide de color amarillo), absorben la energía no absorbida por la clorofila.
La clorofila a (R = –CHO) absorbe sus energías de longitudes de onda correspondientes a los colores que van del violeta azulado al anaranjado-rojizo y rojo.
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Los carotenoides y la clorofila b absorben en la longitud de onda del verde. Ambas clorofilas también absorben en la región final del espectro (anaranjado – rojo), o sea a longitudes de onda larga y menor cantidad de energía. El origen de los organismos fotosintéticos en el mar da cuenta de esto. Las ondas de luz mas cortas (y de mayor energía) no penetran mas allá de los 5 metros de profundidad en el mar. La habilidad para obtener energía de las ondas mas largas (y penetrantes en este caso) pudo constituir una ventaja para las primeras algas fotosintéticas que no podían permanecer en la zona superior del mar todo el tiempo.
Si un pigmento absorbe luz pueden ocurrir una de estas tres cosas:
| la energía se disipa como calor |
| la energía se emite inmediatamente como una de longitud de onda más larga, fenómeno conocido como fluorescencia. |
| la energía puede dar lugar a una reacción química como en la fotosíntesis. La clorofila solo desencadena una reacción química cuando se asocia con una proteína embebida en una membrana (como en el cloroplasto) o los repliegues de membrana encontradas en ciertos procariotas fotosintéticos como las cianobacterias y ploclorobacteria. |
El tilacoide
El tilacoide es la unidad estructural de la fotosíntesis. Procariotas y eucariotas poseen estos sacos/vesículas aplanados en cuyo interior se encuentran los productos químicos que intervienen en la fotosíntesis. Solo los eucariotas poseen cloroplastos (ver el siguiente esquema) con una membrana que lo rodea.
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Los tilacoides se apilan como panqueques (bah…., como tapas para empanadas, para un ejemplo más folclórico) y las pilas toman colectivamente el nombre de grana. El área entre las granas se denomina estroma. Observe el esquema del cloroplasto y compárelo con el de una mitocondria, notará que esta tiene dos sistemas de membrana mientras que el cloroplasto tiene tres, formando por lo tanto tres compartimentos.
Gerardo