La Fotosíntesis

1. Organelos
Citoplasmáticos

Cuerpos individualizados del resto del
protoplasma con funciones específicas. Los organelos son a
la célula como los órganos al cuerpo. Originarias
de la membrana. Tienen compuestos bióticos y actividad
metabólica.

Reticulo Endoplasmico.

Se formó a partir de la membrana
fundamental por lo que su ultraestructura será PLP
ó en gel. Esta por todo el interior celular, como una red,
pero no toca el núcleo. Dentro del retículo hay
líquidos intersticiales (de lo que hay afuera), por lo que
tiene mucha mas superficie de selección la membrana
comunica el exterior con el núcleo (es contiguo). La
membrana enrollada y por dentro. Sostiene todo el interior,
protegiendo. Puede ser de 2 tipos:

Liso (el apenas descrito).

Granular (cuando el retículo esta
muy cerca de unos corpúsculos ribosomas).

Mitocondrias En conjunto forman el
condrioma,pero en unidad de mitocondrias. Hay 2 teorías
sobre su origen: la primera, dice que provienen de la membrana
fundamental, cuando un brazo del retículo se rompió
y se volvió un organo a parte. La otra dice que en el
proceso de formación de la célula, una de ellas
tomó una bacteria, la esclavizo hasta hacerla parte de
ella (origen bacteriano) y se cree porque las mitocondrias tienen
su propio ADN.

La otra teoría se cree porque la
membrana de las mitocondrias tiene la misma estructura que la de
la membrana fundamental.

La estructura en el microscopio
fotónico se ve como pequeñas salchichas y la
ultraestructura se ve igual pero formada por una membrana lisa
externa y una interna, plegada para tener mayor superficie de
contacto. Las dos están en PLP o en gel. Su contenido
tiene el enigma de su función. Su contenido se llama
matriz mitocondrial con enzimas oxidativas y DNA
específico. Tiene gran cantidad de ATP, por lo que se
descubrió que realizan el ciclo de Krebs: oxidasn,
diferentes compuestos para obtener energía. Su
función más importante es llevar a cabo el proceso
de respiración. Son capaces de codificarse a sí
mismas.

Ribosomas Partículas de forma
redondeadas presentes en la mayoría de las células
y que siempre están muy cercanas al retículo
endoplásmico. La estructura y ultraestructura coinciden
por que se ven casi igual en los 2 microscopios. Tienen una
membrana PLP o gel (se originan de la membrana). Su
función depende del contenido: azúcares, ATP y RNA.
Se supone que su función es por el RNA y esta es la
síntesis proteíca.

Síntesis proteíca: en los
ribosomas, que tienen muchas cadenas de RNA y están
detenidos en el retículo. Hay muchos
aminoácidos.

El protoplasma necesita alguna
proteína, por lo que una de sus enzimas comunica al
núcleo la falta de la proteína X. El núcleo
abre el mensaje del DNA para formar la secuencia de
aminoácidos que formaran la proteína (mas de 50
aminoácidos). El mensaje negativo descifrado por el RNA se
va al protoplasma, y este se descifra por un RNA
(traducción positiva).

Lizosomas Organelos redondeados (de
1/3 del tamaño de los ribosomas) en casi todas las
células. Son originarios de la membrana y su estructura y
ultraestructura coinciden. No teniendo estructura
específica, dependen de su contenido: enzimas capaces de
romper estructuras químicas (lisas). Defienden a la
célula destruyen partículas extrañas y la
ayudan a realizar procesos digestivos.

Aparato De Golgi

Es una formación descubierta por
Golgi en los 60. Se determinó como una estructura siempre
presente, pero no del mismo tamaño o con la misma
posición. Algunas células tienen muy poco y otras
mucho. Es originario de la membrana. Por microscopio
fotónico se ve como una mancha cerca del núcleo.
Esta mancha por microscopio electrónico se ve como una
vesícula y una cisterna (son lo mismo pero la
vesícula es hacia arriba y la cisterna es hacia abajo).
Contiene secreciones especiales de los tejidos glandulares.
Cuando una glándula es no secretada, la presencia del
aparato de Golgi, es casi nula (y al revés). Se relaciona
con la defensa.

Centriolo Una estructura grande (1/5
del núcleo) que solo existe en células animales
(estructura específica). Esta posicionada en cualquier
punto alrededor del núcleo (se regula por el) y a veces
hay mas de 1 (generalmente dos). La estructura por el
fotónico es como una bolita muy resaltada cerca del
núcleo. La ultraestructura se ve como una membrana
limitante (origen de membrana) y contiene grupos de fibras que la
reconocen y de 3 en 3. En sentido ecuatorial tiene 2 triadas. Su
función es la formación de los asteres en o durante
la dilusión celular. Esto es muy importante porque en los
asteres se emtrn los hilos del uso acromático. Los
centriolos, para formar los asteres, comienzan a girar las
microfibrillas ecuatoriales para adelgazarse y así
romperse. En los vegetales hay ya un huso
acromático.

Plastos En el interior, las
células pueden tener algunas partículas de color.
No son organelos, solamente son partículas que dan color
(la mielina, por ejemplo). Pero hay unos que son estructuras
vivas llamadas cloroplastos y que se encuentran en células
vegetales. Realizan la fotosíntesis, tienen un origen de
membrana. Su forma y tamaño son variables a veces son
redondeadas o cilíndricos. Separados del contenido celular
y su tamaño varía pero son grandes y evidentes. Son
muy refringentes (la luz pasa diferente) y su color verde propio
es el que da color a la plante. La ultraestructura nos habla de
una estructuración interna constituida por una
apilación de estructuras similares a monedas. A estas se
les llama grana y a cada una se le llama granum. Funcionan como
celdas fotoeléctricas (acumulan energía solar) para
realizar la fotosíntesis. Su eficiencia depende la
estructura química de los granum que se forma de clorofila
(((((().

Vacuolas Espacios dentro de la
célula. En los tejidos vegetales duran toda la vida de la
célula y son almacenes de esencias, colores,
azúcares, aceites, etc. En los animales (salvo en algunos
protozoarios) no persisten. Son digestivas, cuando en una
célula joven animal se ven vacuolas que no digestionan,
puede estar enferma, degenerado poco vital. El conjunto de
vacuolas vegetales se llama vacuoma (no puede existir en la
animal).

Núcleo Estructura muy
importante de la célula. Suelen ser 1/3 del tamaño
de la célula. Dirigen las funciones celulares. Muchas
veces la división de la célula es por la
pérdida de relación y tamaño ente el
núcleo y el resto de la célula.

Hay varias formas (todas las imaginables).
Estrelladas, esféricas, ovoides, etc. Ninguna
célula sobrevive sin núcleo, a excepción las
células de la córnea de algunos mamíferos y
la floema (vasos conductores de las traqueofitas). Generalmente
es céntrico (en el centro de la célula), pero
también hay en otros puntos. Sus funciones son vitales por
ser el controlador celular, por lo que hay una relación
directa entre sus funciones y su estructura. Por microscopio
fotónico se ve un contenido no homogeneo limitado por una
membran PLP o gel (carioteca) y donde hay partes densas y claras.
Puede haber varios núcleos, llamados nucleolos.

Las partes analizadas en electrónico
(ultraestructura) han dado que:

Carioteca: puede ser PLP o gel (el
modelo que corresponda).

Jugo nuclear: una sustancia, mezcla
de compuestos donde hay azúcares, proteínas
enzimáticas, lípidos y ATP.

Cromatina: esta formado por
cromosomas (estructuras individualizadas), que son los que
dirigen el funcionamiento celular.

Nucleolos: constituidos por fibras.
Forman el huso acromático. Tienen RNA y ATP. Lo mas
importantes descubierto son los cromosomas.

2. Donde se lleva
a cabo la Fotosíntesis y La
Respiración

La fotosíntesis se realiza en dos
etapas: una serie de reacciones que dependen de la luz y son
independientes de la temperatura, y otra serie que dependen de la
temperatura y son independientes de la luz. La velocidad de la
primera etapa, llamada reacción lumínica, aumenta
con la intensidad luminosa (dentro de ciertos límites),
pero no con la temperatura. En la segunda etapa, llamada
reacción en la oscuridad, la velocidad aumenta con la
temperatura (dentro de ciertos límites), pero no con la
intensidad luminosa.

Un subproducto del a fotosíntesis
ese l gas de oxigeno (O2), el cual deben tener la mayoría
del as formas de vid apara sobrevivir. El gas oxigeno se usa en
la respiración celular aeróbica, la serie de
reacciones que transfiere energía química de los
monómeros orgánicos al ATP (la molécula
transportadora de energía). Cuando la respiración
aeróbica consume glucosa como combustible, la
reacción total es lo puesto de la
fotosíntesis:

Una diferencia importante entre las dos
reacciones radica en que la energía usada en la
fotosíntesis es la energía lumínica y la
energía liberada en la respiración celular es
energía química y calor. Las dos reacciones se
complementan: la fotosíntesis usa los productos del a
respiración celular (aguay dióxido de carbono) y la
respiración celular usa los productos de la
fotosíntesis (azúcar y gas oxigeno).

Las plantas, las algas y algunos tipos de
bacterias realizan la fotosíntesis. En bacterias que son
solo células precariotas (simples), las vías
bioquímicas de la fotosíntesis se ubican sobre las
identaciones de la membrana plasmática y dentro del fluido
interior. En las plantas y las algas, que son las células
eucariotas (complejas), la fotosíntesis ocurre dentro de
unos organelos especializados llamados cloroplastos.

Los cloroplastos pudieron haber sido alguna
vez bacterias fotosintetizadoras. Las dos estructuras son
notablemente similares. Lo que pudo haber sucedido, hace
más de 2 mil millones de años, fue que una bacteria
fotosintetizadora invadió una célula más
grande y las dos células desarrollaron una relación
mutualística: la célula mas grande adquirió
azucares de la célula menor y esta adquirió
materiales en bruto de la célula más
grande.

La fotosíntesis es una
sucesión de más de sesenta reacciones
bioquímicas que ocurren en dos fases: (1) las reacciones
dependientes de la luz, en las cuales la energía
lumínica se convierte en energía química; y
(2) las reacciones independientes de la luz, en las cuales la
energía química se utiliza para construir
azúcar a partir del dióxido de carbono.

2.
¿Qué es la Fotosíntesis?

Podemos decir que la fotosíntesis es
el proceso que mantiene la vida en nuestro planeta. Las plantas
terrestres, las algas de aguas dulces, marinas o las que habitan
en los océanos realizan este proceso de
transformación de la materia inorgánica en materia
orgánica y al mismo tiempo convierten la energía
solar en energía química. Todos los organismos
heterótrofos dependen de estas conversiones
energéticas y de materia para su subsistencia. Y esto no
es todo, los organismos fotosintéticos eliminan
oxígeno al ambiente, del cual también depende la
mayoría de los seres vivos de este planeta.

Hasta los descubrimientos de Van Helmont,
hace ya 400 años, se aceptaba que los seres vivos
necesitaban "ingerir" alimentos para sobrevivir. En el caso de
las plantas, se pensaba que tomaban su alimento del suelo. Este
científico plantó un pequeño sauce en una
maceta y la regó periódicamente. Luego de 5
años el sauce había incrementado su peso en 75kg.,
mientras que la tierra de la maceta había disminuido su
peso en sólo 70gr. Así concluyó que toda la
"sustancia" de la planta se había originado del agua, no
del suelo. Pasaron muchos años y muchos experimentos
científicos hasta que se llegó a descubrir
cómo era el proceso de fotosíntesis y aún
hoy en día se continúan descubriendo detalles
químicos y metabólicos, es decir, aún hoy
hay pasos químicos que realizan los autótrofos que
no conocemos.

A pesar de esto último estamos en
condiciones de poder explicar algunos fundamentos que nos indican
cómo hacen los productores para transformar la
energía y la materia.

3. Etapas de la
Fotosíntesis

Etapa fotodependiente

La fotosíntesis ocurre en organelas
específicas llamadas cloroplastos, que se encuentran en
células fotosintéticas, es decir, en células
de productores expuestas al sol. En plantas terrestres estas
células están en hojas y tallos verdes (los tallos
leñosos tienen células muertas que forman la
corteza). Existen también algas fotosintéticas que
no poseen cloroplastos, pues son organismos unicelulares
procariontes (sin núcleo verdadero ni compartimientos
celulares) y también realizan la fotosíntesis.
Estas células, llamadas cianofitas o algas verde azules,
son seguramente muy similares a los primeros organismos
fotosintéticos que habitaron nuestro planeta y realizan la
fotosíntesis en prolongaciones de su membrana
plasmática y en su citoplasma.

El proceso de fotosíntesis ocurre en
2 etapas, la primera, llamada etapa fotodependiente, ocurre
sólo en presencia de luz y la segunda, llamada etapa
bioquímica o ciclo de Calvin, ocurre de manera
independiente de la luz. Pero antes de comenzar a estudiar ambas
etapas es conveniente ver algunas características de los
cloroplastos que permiten la realización de la
captación de energía lumínica.

En principio, los cloroplastos tienen
pigmentos que son moléculas capaces de "capturar" ciertas
cantidades de energía lumínica. Dentro de los
pigmentos más comunes se encuentra la clorofila a y la
clorofila b, típica de plantas terrestres, los carotenos,
las xantóficas, fucoeritrinas y fucocianinas, cada uno de
estos últimos característico de ciertas especies.
Cada uno de estos pigmentos se "especializa" en captar cierto
tipo de luz. 

Como sabemos el espectro lumínico
que proviene del sol se puede descomponer en diferentes colores a
través de un prisma, cada color corresponde a una cierta
intensidad de luz, que puede medirse en longitudes de onda. Cada
pigmento puede capturar un tipo distinto de longitud de onda
ß.

En el esquema se muestran los espectros de
absorción de la clorofila (a y b), carotenos, ficoeritrina
y ficocianina. Como puede observarse cada pigmento tiene un pico
de absorción característico. 

Pero para hacer más eficiente la
absorción de luz las plantas utilizan sistemas "trampa" o
fotosistemas, con un pigmento principal como la clorofila a o b y
diferentes pigmentos accesorios. A través de estos
sistemas los autótrofos pueden aprovechar mejor la
energía lumínica.

Así, los fotosistemas cuentan con un
centro de reacción ocupado generalmente por clorofila (a o
b) en las plantas terrestres, hacia donde es dirigida la
energía lumínica, como se verá a
continuación. 

Antes de comenzar a describir las
reacciones químicas que ocurren en la etapa
fotodependiente es conveniente ubicarnos espacialmente en el
lugar de la planta donde ocurren.

Como ya se ha dicho, los cloroplastos se
ubican en las células expuestas a la luz, es decir,
aquéllas partes de la planta que son
fotosintéticamente activas. En el caso de las plantas
superiores la fotosíntesis ocurre principalmente en las
hojas, y dentro de éstas, en cloroplastos ubicados en
células del parénquima, que es uno de los tejidos
de la hoja. Las hojas, además, poseen pequeñas
abertura o "estomas", formadas por células que pueden
agrandar o cerrar la abertura y que permiten, de este modo,
regular la entrada o salida de agua y gases, como el
oxígeno y dióxido de carbono.

Los cloroplastos son organelas formadas por
una doble membrana externa y vesículas apiladas formando
estructuras llamadas grana. Cada grana está formada por
varios tilacoides. 

En la membrana de los tilacoides se ubican
los pigmentos fotosintéticos, que pueden captar la
energía lumínica y dar comienzo a la etapa
fotodependiente.

Como ya se ha mencionado, la clorofila y
otros pigmentos se ubican en los cloroplastos, dentro de la
membrana tilacoide, en unidades llamadas fotosistemas. Cada
unidad tiene numerosas moléculas de pigmentos que se
utilizan como antenas para atrapar la luz. Cuando la
energía lumínica es absorbida por uno de los
pigmentos, se desprenden electrones que rebotan en el fotosistema
hasta llegar al centro de reacción, la clorofila a. El
fotosistema que reacciona primero ante la presencia de luz es el
fotosistema I.

La estructura de la membrana tilacoide
permite que los electrones, provenientes de la exitación
fotoquímica de la clorofila sean recibidos por
moléculas especializadas, llamadas aceptores, que sufren
sucesivamente reacciones de óxido-reducción y
transportan los electrones hasta un aceptor final, la coenzima
NADP.

Para que se lleve a cabo la
producción de ATP (energía química) y se
reduzca la coenzima NADP es necesario que reaccione otro
fotosistema asociado, el fotosistema II. En este se produce
también la exitación fotoquímica de la
clorofila, que libera electrones. Los electrones son transferidos
de un aceptor a otro a través de una cadena de transporte
que los guía hasta el fotosistema I, quedando de este modo
restablecida la carga electroquímica de esta
molécula. Simultáneamente, en el fotosistema II se
produce la lisis o ruptura de una molécula de agua. Este
proceso, también llamado fotooxidación del agua,
libera electrones, que son capturados por el fotosistema II,
oxígeno, que es liberado a la atmósfera a
través de los estomas, y protones, que quedan retenidos en
el espacio intratilacoideo.

Este esquema muestra cómo incide la
luz en los fotosistemas y desencadena las reacciones de la etapa
fotodependiente. Los productos de esta etapa, NADPH y ATP
serán utilizados en la segunda etapa de la
fotosíntesis.

En la etapa fotodependiente se producen dos
procesos químicos que son decisivos para la
producción final de glucosa, estos son la reducción
de la coenzima NADP y la síntesis de ATP. El NADP se
reduce a NADPH+H+ con los protones que libera la molécula
de agua. La coenzima NADP reducida aportará los protones
necesarios para sintetizar la molécula de glucosa,
mientras el ATP liberará la energía necesaria para
dicha síntesis.

Asociada a la membrana tilacoide se
encuentra la enzima ATP sintetasa (ó ATP asa) que es la
responsable de la producción de ATP. Esta enzima es capaz
de transportar protones a través de un canal ubicado en su
interior y transformar la energía cinética de los
protones en energía química que se conserva en el
ATP. De esta forma, la enzima ATP sintetasa libera el gradiente
electroquímico que se produce dentro del tilacoide y
utiliza la energía de este gradiente para adicionar un
grupo fosfato al ADP produciendo ATP. Por otra parte, los
protones que ahora se encuentran el la matriz del cloroplasto, se
unen a la coenzima NADP produciendo NADPH+H+. 

Dibujo esquemático de la
disposición de los fotosistemas, algunos de los aceptores
de electrones y la enzima ATP sintetasa. Observe que los protones
se concentran en el espacio intratilacoideo y sólo
atraviesan la membrana por la enzina ATP sintetasa. La
energía liberada por el transporte de protones es
utilizada para adicionar un grupo fosfato al ADP y producir ATP.
Los protones se unen a la coenzima NADP y la reducen a NADPH+H+.
Ambos productos, ATP y NADPH+H+ son utilizados en la siguiente
etapa de la fotosíntesis. El oxígeno del agua es
liberado a la atomósfera.

Etapa fotoindependiente o ciclo de
Calvin

El ciclo de Calvin ocurre en el estroma o
matriz del cloroplasto. Allí se encuentran las enzimas
necesarias que catalizarán la conversión de
dióxido de carbono (CO2) en glucosa utilizando los
protones aportados por la coenzima NADP más la
energía del ATP. El dióxido de carbono ingresa a
traves de los estomas y llega hasta la molécula aceptora
del ciclo, una pentosa llamada ribulosa di fosfato,
combinándose con esta mediante la acción de la
enzima ribulosa bifosfato carboxilasa oxigenasa o
rubisco.

El primer producto estable de la
fijación de CO2 es el ácido-3-fosfoglicérico
( PGA), un compuesto de 3 carbonos. La energía del ATP es
utilizada para fosforilar el PGA y formar ácido 1,3
difosfoglicérico, el cual es reducido luego mediante la
acción del NADPH+H+ a gliceraldehido-3-fosfato (PGAL). Una
parte del gliceraldehido-3-fosfato es utilizada en el ciclo para
sintetizar glucosa, mientras que el resto se utiliza para
regenerar la ribulosa, que da comienzo a un nuevo
ciclo.

En el esquema del ciclo se Calvin se
encuentran cuantificadas las moléculas que intervienen.
Así, se observa que son necesarias 6 moléculas de
CO2, 12 NADH+H+ y 12 ATP para sintetizar una molécula de
glucosa.

Una gran parte del PGAL se transforma en
almidón (carbohidrato de reserva) en el estroma del
cloroplasto. Otra parte del PGAL es exportado al citosol, donde
se transforma en intermediario de la glucólisis.
También se obtienen intermediarios de azúcares de
gran importancia biológica, como la sacarosa. Este
disacárico es la principal forma en que los azucares se
transportan a través del floema, desde las hojas hasta los
sitios de la planta donde son requeridos.

Autor:

Karla Ayestaran

República Bolivariana de
Venezuela

Ministerio del Poder Popular para la
Educación

U.E. Nocturno Cabimas

Cabimas, Zulia

Junio 2009