Descripción general de la fotosíntesis

Todos los organismos vivos en la tierra consisten en una o más células. Cada célula funciona con la energía química que se encuentra principalmente en las moléculas de carbohidratos (alimentos), y la mayoría de estas moléculas son producidas por un proceso: la fotosíntesis. A través de la fotosíntesis, ciertos organismos convierten la energía solar (luz solar) en energía química, que luego se utiliza para construir moléculas de carbohidratos. La energía utilizada para mantener juntas estas moléculas se libera cuando un organismo descompone los alimentos. Las células luego usan esta energía para realizar el trabajo, como la respiración celular.

La energía que se aprovecha de la fotosíntesis ingresa a los ecosistemas de nuestro planeta continuamente y se transfiere de un organismo a otro. Por lo tanto, directa o indirectamente, el proceso de fotosíntesis proporciona la mayor parte de la energía requerida por los seres vivos en la tierra.

La fotosíntesis también produce la liberación de oxígeno a la atmósfera. En resumen, para comer y respirar, los humanos dependen casi por completo de los organismos que realizan la fotosíntesis.

Dependencia solar y producción de alimentos

Algunos organismos pueden llevar a cabo la fotosíntesis, mientras que otros no. Un autótrofo es un organismo que puede producir su propia comida. Las raíces griegas de la palabra autótrofo significan "self" (auto) "feeder" (trofeo). Las plantas son los autótrofos más conocidos, pero existen otros, incluidos ciertos tipos de bacterias y algas. Las algas oceánicas aportan enormes cantidades de alimentos y oxígeno a las cadenas alimentarias mundiales. Las plantas también son fotoautótrofos, un tipo de autótrofo que utiliza la luz solar y el carbono del dióxido de carbono para sintetizar energía química en forma de carbohidratos. Todos los organismos que realizan la fotosíntesis requieren luz solar.

(a) Las plantas, (b) las algas y (c) ciertas bacterias, llamadas cianobacterias, son fotoautótrofos que pueden llevar a cabo la fotosíntesis. Las algas pueden crecer sobre enormes áreas en el agua, a veces cubriendo completamente la superficie.

Los heterótrofos son organismos incapaces de la fotosíntesis que, por lo tanto, deben obtener energía y carbono de los alimentos al consumir otros organismos. Las raíces griegas de la palabra heterótrofo significan "otro" (hetero) "alimentador" (trofeo), lo que significa que su alimento proviene de otros organismos. Incluso si el organismo alimentario es otro animal, este alimento remonta sus orígenes a autótrofos y al proceso de fotosíntesis. Los humanos son heterótrofos, como lo son todos los animales. Los heterótrofos dependen de los autótrofos, ya sea directa o indirectamente. Los ciervos y los lobos son heterótrofos. Un ciervo obtiene energía al comer plantas. Un lobo que se come a un ciervo obtiene energía que originalmente provenía de las plantas que comía ese ciervo. La energía en la planta provenía de la fotosíntesis y, por lo tanto, es el único autótrofo en este ejemplo. Usando este razonamiento, todos los alimentos que comen los humanos también se vinculan con autótrofos que realizan la fotosíntesis.

La energía almacenada en las moléculas de carbohidratos de la fotosíntesis pasa a través de la cadena alimentaria. El depredador que come estos venados está obteniendo energía que se originó en la vegetación fotosintética que los venados consumieron.

CONEXIÓN TODOS LOS DÍAS: Fotosíntesis en el supermercado

La fotosíntesis es el origen de los productos que comprenden los principales elementos de la dieta humana.

Las principales tiendas de comestibles en los Estados Unidos están organizadas en departamentos, como lácteos, carnes, productos, pan, cereales, etc. Cada pasillo contiene cientos, si no miles, de productos diferentes para que los clientes compren y consuman.

Aunque hay una gran variedad, cada elemento se vincula a la fotosíntesis. Las carnes y los productos lácteos se vinculan a la fotosíntesis porque los animales fueron alimentados con alimentos de origen vegetal. Los panes, cereales y pastas provienen principalmente de granos, que son las semillas de plantas fotosintéticas. ¿Qué pasa con los postres y las bebidas? Todos estos productos contienen azúcar, la molécula básica de carbohidratos producida directamente por la fotosíntesis. La conexión de la fotosíntesis se aplica a cada comida y cada comida que consume una persona.

Estructuras principales y resumen de la fotosíntesis

La fotosíntesis requiere luz solar, dióxido de carbono y agua como reactivos de partida. Una vez que se completa el proceso, la fotosíntesis libera oxígeno y produce moléculas de carbohidratos, más comúnmente glucosa. Estas moléculas de azúcar contienen la energía que los seres vivos necesitan para sobrevivir.

La fotosíntesis utiliza energía solar, dióxido de carbono y agua para liberar oxígeno y producir moléculas de azúcar que almacenan energía.

Las reacciones complejas de la fotosíntesis pueden resumirse mediante la siguiente ecuación química:

El proceso de fotosíntesis puede representarse mediante una ecuación, en la que el dióxido de carbono y el agua producen azúcar y oxígeno utilizando la energía de la luz solar.

Aunque la ecuación parece simple, los muchos pasos que tienen lugar durante la fotosíntesis son en realidad bastante complejos, ya que la reacción que resume la respiración celular representa muchas reacciones individuales. Antes de conocer los detalles de cómo los fotoautótrofos convierten la luz solar en alimento, es importante familiarizarse con las estructuras físicas involucradas.

En las plantas, la fotosíntesis tiene lugar principalmente en las hojas, que consisten en muchas capas de células y tienen lados superiores e inferiores diferenciados. El proceso de fotosíntesis ocurre no en las capas superficiales de la hoja, sino en una capa intermedia llamada mesófila. El intercambio de gases de dióxido de carbono y oxígeno se produce a través de pequeñas aberturas reguladas llamadas estomas.

En todos los eucariotas autótrofos, la fotosíntesis tiene lugar dentro de un orgánulo llamado cloroplasto. En las plantas, existen células que contienen cloroplasto en el mesófilo. Los cloroplastos tienen una membrana doble (interna y externa). Dentro del cloroplasto hay una tercera membrana que forma estructuras apiladas en forma de disco llamadas tilacoides. Incrustado en la membrana de los tilacoides hay moléculas de clorofila, un pigmento (una molécula que absorbe la luz) a través del cual comienza todo el proceso de fotosíntesis. La clorofila es responsable del color verde de las plantas. La membrana tilacoide encierra un espacio interno llamado espacio tilacoideo. Otros tipos de pigmentos también están involucrados en la fotosíntesis, pero la clorofila es, con mucho, la más importante. Una pila de tilacoides se llama gránulo, y el espacio que lo rodea se llama estroma (no debe confundirse con los estomas, las aberturas en las hojas).

No todas las células de una hoja realizan fotosíntesis. Las células dentro de la capa media de una hoja tienen cloroplastos, que contienen el aparato fotosintético.

En un día caluroso y seco, las plantas cierran sus estomas para conservar el agua. ¿Qué impacto tendrá esto en la fotosíntesis?

Las dos partes de la fotosíntesis

La fotosíntesis tiene lugar en dos etapas: las reacciones dependientes de la luz y el ciclo de Calvin. En las reacciones dependientes de la luz, que tienen lugar en la membrana tilacoide, la clorofila absorbe energía de la luz solar y luego la convierte en energía química con el uso de agua. Las reacciones dependientes de la luz liberan oxígeno de la hidrólisis del agua como subproducto. En el ciclo de Calvin, que tiene lugar en el estroma, la energía química derivada de las reacciones dependientes de la luz impulsa tanto la captura de carbono en las moléculas de dióxido de carbono como el posterior ensamblaje de las moléculas de azúcar. Las dos reacciones usan moléculas transportadoras para transportar la energía de una a la otra. Los portadores que mueven energía de las reacciones dependientes de la luz a las reacciones del ciclo de Calvin pueden considerarse como "llenos" porque aportan energía. Después de liberar la energía, los portadores de energía "vacíos" vuelven a las reacciones dependientes de la luz para obtener más energía.

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