Fotosíntesis: ¿Qué, dónde, cómo y por qué?
Introducción a la fotosíntesis
¿Qué es la fotosíntesis? Muchos la conocemos de oídas, pero con el paso de los años hemos olvidado los detalles. Por eso, pensamos que sería útil repasar los puntos clave y la terminología de este fascinante proceso.
Es inevitable incluir algunos conceptos bioquímicos, pero lo explicaremos de forma sencilla y comprensible. Estos son los temas:
• ¿Qué es la fotosíntesis?
• ¿Dónde se produce la fotosíntesis?
• ¿Cómo funciona la fotosíntesis?
• ¿Por qué es importante la fotosíntesis?
Al final de este artículo, esperamos que puedas comprender la fotosíntesis como un experto.
¿Qué es la fotosíntesis?
Como sabrás, la fotosíntesis es un proceso mediante el cual las plantas utilizan la energía de la luz para producir azúcares. La planta utiliza estos azúcares como energía, necesaria para diversas funciones metabólicas, como el crecimiento del tallo, la producción de hojas, la floración y la fructificación.
Fig.2
¿Dónde se produce la fotosíntesis?
En las plantas verdes, la fotosíntesis se produce en las partes "verdes", es decir, en las hojas.
- Las hojas están formadas por células vegetales rodeadas por una membrana externa.
- Dentro de cada célula foliar se encuentran estructuras más pequeñas, similares a frijoles, llamadas cloroplastos.
- Dentro de los cloroplastos se encuentran estructuras apiladas, similares a panqueques, llamadas tilacoides.
- Los tilacoides tienen una membrana externa; dentro de esta membrana ocurre la primera parte de la fotosíntesis.
Fig. 3 (Albert Melu on Unsplash)
Fig. 4 Dónde se produce la fotosíntesis
¿Cómo funciona la fotosíntesis?
Podemos imaginar la fotosíntesis como una pequeña fábrica que produce azúcar. Una fábrica necesita insumos como energía y materiales.
En nuestra fábrica de fotosíntesis, una hoja utiliza la energía de la luz, el H₂O (agua) y el CO₂ (dióxido de carbono).
Los productos resultantes son azúcar y oxígeno. El azúcar regresa a la planta para su metabolismo. El oxígeno se expulsa como un producto de desecho vital que se convierte en el aire que respiramos.
Fig. 5 – La fotosíntesis es como una fàbrica
Fig. 6 – Entradas y salidas de la fotosíntesis
¿Por qué es importante la fotosíntesis? Historia de dos fábricas de fotosíntesis
En realidad, la fotosíntesis se compone de dos fábricas: las reacciones lumínicas y el ciclo de Calvin. Primero, analizaremos las reacciones lumínicas en la membrana tilacoide. El objetivo de esta fábrica es transformar la energía lumínica en una forma más útil.
Fig. 7 – Las dos fábricas de la fotosíntesis
Fábrica de reacciones lumínicas: ENTRADAS
En la Figura 9, se observa la luz que ingresa al sistema, la entrada de agua y la salida de oxígeno.
Fig. 8 – El tilacoide
Fig. 9 – Entradas de las reacciones lumínicas
**Reacciones luminosas: acumulación de energía
En la figura 11 (círculos rojos), la energía de la luz se convierte en H+ y e- en un proceso llamado transporte de electrones. Estas son las energías o electricidad que se acumulan durante el proceso.
También en la figura 11 (círculos azules), se muestran los productos de este proceso: ATP y NADPH. Estos son depósitos temporales de energía (baterías) que se utilizan para la segunda etapa de la fotosíntesis. Por lo tanto, esta primera parte de la fotosíntesis tiene como objetivo acumular reservas de energía para ser utilizadas en la segunda etapa.
Fig. 11 – Reacciones lumínicas – acumulación de energía
La segunda etapa de la fotosíntesis: el ciclo de Calvin
La segunda etapa es donde se sintetiza el azúcar; se llama ciclo de Calvin, en honor al renombrado bioquímico Melvin Calvin.
En la figura 13, se puede observar el ATP y el NADPH del proceso de reacción luminosa, que se utilizan como insumos en el ciclo de Calvin (letras E y D).
Cabe destacar que el dióxido de carbono también se utiliza en el ciclo de Calvin (letra F). El producto final es el azúcar 3-fosfoglicerato (letra G).
Cabe destacar que el ciclo de Calvin ocurre justo fuera del tilacoide, en los espacios del estroma del cloroplasto.
Fig. 12 – Melvin Calvin
Fig. 13 – Historia de dos fábricas de la fotosíntesis – ciclo de Calvin. (2023, 5 de septiembre). En Wikipedia. https://en.wikipedia.org/wiki/Calvin_cycle
¿Y la clorofila?
Todavía debemos hablar de la clorofila, la molécula esencial responsable de absorber la energía lumínica. La clorofila es un pigmento, llamado así porque refleja un color que hace que las hojas se vean verdes. Absorbe otros colores, especialmente en las zonas azules y rojas.
Fig. 14 – Molécula de clorofila
Si volvemos a la cadena de producción de la reacción lumínica en la membrana del tilacoide, observaremos un módulo PSII y un módulo PSI. Aquí es donde reside la clorofila. El PSII y el PSI contienen dos tipos de clorofila: a y b. Ambos tipos absorben la luz azul y roja, por lo que las lámparas de cultivo suelen ser azules y rojas. Sin embargo, las plantas son más sensibles a la luz roja. El PSII absorbe la luz roja a 680 nm con mayor eficiencia, mientras que el PSI absorbe la luz roja a 700 nm, conocida como luz roja lejana. Este proceso involucra principalmente clorofila-a.
Fig. 15 – Luces de cultivo
Fig. 16 – Clorofila en PSII y PSI
¿Qué es la energía lumínica?
La luz contiene la energía que impulsa toda la actividad fotosintética. Al pensar en la energía lumínica, podemos considerarla desde dos perspectivas: la luz como partículas y la luz como ondas; esta es la naturaleza dual de la luz.
Fig. 17 – Espectro de un espectrómetro
La luz como partículas
Al pensar en la luz como partículas, podemos imaginar gotitas de luz cayendo sobre una hoja. Estas gotitas se llaman fotones.
Fig. 20 – La luz como partículas
Si aumentamos el brillo o la intensidad de la luz, aumenta el número de fotones y, por lo tanto, la energía.
Fig. 18 – Brillo o intensidad
La luz como ondas
Al pensar en la luz como ondas, debemos pensar en colores. Y nos referimos al color en términos de longitudes de onda. Las longitudes de onda de mayor frecuencia tienden hacia el espectro azul y tienen más energía, mientras que las de menor frecuencia tienden hacia el rojo y tienen menos energía.
Fig. 21 – Color, longitud de onda y energía
Un fotón tiene una longitud de onda asociada
Cada fotón de luz tiene una longitud de onda asociada. Así, existen fotones azules, rojos, verdes, amarillos, etc. Los fotones azules tienen más energía que los rojos. El fotosistema II (PSII) absorbe fotones azules como fuente de alta energía para producir NADPH y ATP, moléculas ricas en energía. La mayoría de las hojas por encima del dosel reciben suficiente luz azul para la fotosíntesis. Sin embargo, las hojas debajo del dosel también pueden participar en la fotosíntesis, ya que parte de la luz azul y roja penetra en ellas. De hecho, el rango de color de la clorofila a es más amplio que el de la clorofila b, lo que permite una máxima absorción de luz en la sombra.
Fig. 22 – Fotones y longitudes de onda
Uso de un medidor PAR espectral para medir la energía lumínica
Puede usar un medidor PAR espectral para observar la energía lumínica de las lámparas de cultivo o del sol. En la Figura 23, se muestra un diagrama espectral que representa las longitudes de onda de los fotones y sus intensidades. Observamos una abundancia de fotones azules de alta energía que el fotosistema II (PSII) puede utilizar; sin embargo, el color azul no coincide con la absorción óptima de la clorofila. Por la forma del espectro, se puede identificar que se trata de una lámpara de cultivo LED. Si es una lámpara LED dinámica, es necesario ajustar los colores.
Fig. 23 – Fotones y longitudes de onda
Resumen de la fotosíntesis
La fotosíntesis es el proceso que utilizan las plantas para producir azúcar, un elemento vital para numerosas funciones metabólicas. Este proceso se encuentra en lo profundo de la célula vegetal, en la membrana tilacoide. Es como una cadena de producción con entradas (luz, agua, CO₂) y salidas (oxígeno y azúcar). La fotosíntesis consta de dos etapas: la reacción lumínica y el ciclo de Calvin. La reacción lumínica aprovecha la energía de la luz y la transforma en una forma más utilizable (ATP y NADPH). El ciclo de Calvin utiliza ATP y NADPH para sintetizar el azúcar necesario para procesos metabólicos posteriores, como el crecimiento, la floración y la fructificación de las plantas. La fotosíntesis es una de las maravillas de la naturaleza, y comprender bien sus fundamentos permite a los agricultores ajustar los parámetros y mejorar la productividad agrícola. Pero la fotosíntesis es solo una parte de la historia de la iluminación para el cultivo. En la próxima publicación, mostraremos cómo las plantas utilizan la luz para crecer, florecer y fructificar.
Fig. 24 – Fotosíntesis
Leer articulo original en: https://www.uprtek.com/en/blogs/photosynthesis-what-where-how-and-why
Para más información sobre nuestros productos podéis contactarnos por mail: info@buresinnova.com
En BURESINNOVA le aconsejamos y recomendamos las mejores lámparas del mercado. No dude en ponerse en contacto con nosotros a través de nuestra web: www.buresinnova.com o mandándonos un email a info@buresinnova.com