Contenido
- TL; DR (demasiado largo; no leído)
- Fotosíntesis: necesaria para toda la vida
- La fotosíntesis tiene lugar en las hojas
- Energía del sol: pasos de la fotosíntesis
- Clorofila, Absorción de Luz y Creación de Energía
- Fotosíntesis y Respiración Celular
- Calentamiento global y reacción de fotosíntesis
El proceso de fotosíntesis, en el que las plantas y los árboles convierten la luz del sol en energía nutricional, al principio puede parecer mágico, pero directa e indirectamente, este proceso sostiene al mundo entero. A medida que las plantas verdes alcanzan la luz, sus hojas capturan la energía del sol mediante el uso de productos químicos que absorben la luz o pigmentos especiales para producir alimentos a partir del dióxido de carbono y el agua extraída de la atmósfera. Este proceso libera oxígeno como subproducto a la atmósfera, un componente en el aire requerido para todos los organismos respiratorios.
TL; DR (demasiado largo; no leído)
Una ecuación simple para la fotosíntesis es dióxido de carbono + agua + energía luminosa = glucosa + oxígeno. A medida que las entidades dentro del reino vegetal consumen dióxido de carbono durante la fotosíntesis, liberan oxígeno a la atmósfera para que la gente respire; Los árboles y plantas verdes (en la tierra y en el mar) son los principales responsables del oxígeno dentro de la atmósfera, y sin ellos, los animales y los humanos, así como otras formas de vida, podrían no existir como lo hacen hoy.
Fotosíntesis: necesaria para toda la vida
Las cosas verdes y en crecimiento son necesarias para toda la vida en el planeta, no solo como alimento para herbívoros y omnívoros, sino para que el oxígeno respire. El proceso de fotosíntesis es la forma principal en que el oxígeno ingresa a la atmósfera. Es el único medio biológico en el planeta que captura la energía de la luz del sol, transformándola en azúcares y carbohidratos que proporciona nutrientes a las plantas mientras libera oxígeno.
Piénselo: las plantas y los árboles esencialmente pueden extraer energía que comienza en los confines del espacio, en forma de luz solar, convertirla en alimento y, en el proceso, liberar el aire necesario que los organismos necesitan para prosperar. Se podría decir que todas las plantas y árboles productores de oxígeno tienen una relación simbiótica con todos los organismos que respiran oxígeno. Los humanos y los animales proporcionan dióxido de carbono a las plantas, y a cambio entregan oxígeno. Los biólogos llaman a esto una relación simbiótica mutualista porque todas las partes en la relación se benefician.
En el sistema de clasificación de Linneo, la categorización y clasificación de todos los seres vivos, plantas, algas y un tipo de bacteria llamada cianobacteria son las únicas entidades vivientes que producen alimentos a partir de la luz solar. El argumento para talar bosques y eliminar plantas en aras del desarrollo parece contraproducente si no quedan humanos para vivir en esos desarrollos porque no quedan plantas y árboles para producir oxígeno.
La fotosíntesis tiene lugar en las hojas
Las plantas y los árboles son autótrofos, organismos vivos que producen su propia comida. Debido a que hacen esto utilizando la energía de la luz del sol, los biólogos los llaman fotoautótrofos. La mayoría de las plantas y árboles del planeta son fotoautótrofos.
La conversión de la luz solar en alimentos tiene lugar a nivel celular dentro de las hojas de las plantas en un orgánulo que se encuentra en las células vegetales, una estructura llamada cloroplasto. Mientras que las hojas consisten en varias capas, la fotosíntesis ocurre en el mesófilo, la capa media. Pequeñas microaberturas en la parte inferior de las hojas llamadas estomas controlan el flujo de dióxido de carbono y oxígeno hacia y desde la planta, controlando el intercambio de gases de las plantas y el balance hídrico de las plantas.
Existen estomas en el fondo de las hojas, mirando hacia el sol, para minimizar la pérdida de agua. Las pequeñas células de protección que rodean los estomas controlan la apertura y el cierre de estas aberturas similares a la boca al hincharse o encogerse en respuesta a la cantidad de agua en la atmósfera. Cuando los estomas se cierran, la fotosíntesis no puede ocurrir, ya que la planta no puede absorber dióxido de carbono. Esto hace que los niveles de dióxido de carbono en la planta disminuyan. Cuando las horas del día se calientan demasiado y se secan, el estroma se cierra para conservar la humedad.
Como un orgánulo o estructura a nivel celular en las hojas de la planta, los cloroplastos tienen una membrana externa e interna que los rodea. Dentro de estas membranas hay estructuras en forma de plato llamadas tilacoides. La membrana tilacoide es donde las plantas y los árboles almacenan clorofila, el pigmento verde responsable de absorber la energía de la luz del sol. Aquí es donde tienen lugar las reacciones iniciales dependientes de la luz en las que numerosas proteínas forman la cadena de transporte para transportar la energía extraída del sol a donde necesita ir dentro de la planta.
Energía del sol: pasos de la fotosíntesis
El proceso de fotosíntesis es un proceso de dos etapas y múltiples pasos. La primera etapa de la fotosíntesis comienza con el Reacciones de luz, también conocido como Proceso dependiente de la luz y requiere energía luminosa del sol. La segunda etapa, la Reacción oscura etapa, también llamada Ciclo de Calvin, es el proceso por el cual la planta produce azúcar con la ayuda de NADPH y ATP desde la etapa de reacción a la luz.
los Reacción a la luz La fase de la fotosíntesis implica los siguientes pasos:
Todo esto tiene lugar a nivel celular dentro de los tilacoides de las plantas, sacos aplanados individuales, dispuestos en grana o pilas dentro de los cloroplastos de las células de las plantas o los árboles.
los Ciclo de Calvin, llamado así por el bioquímico de Berkeley Melvin Calvin (1911-1997), ganador del Premio Nobel de Química de 1961 por descubrir la etapa de reacción oscura, es el proceso por el cual la planta produce azúcar con la ayuda de NADPH y ATP desde la etapa de reacción a la luz. Durante el ciclo de Calvin, se llevan a cabo los siguientes pasos:
Clorofila, Absorción de Luz y Creación de Energía
Incrustado dentro de la membrana tilacoidea hay dos sistemas de captura de luz: el fotosistema I y el fotosistema II compuestos de múltiples proteínas similares a antenas, que es donde las hojas de las plantas transforman la energía de la luz en energía química. Photosystem I proporciona un suministro de portadores de electrones de baja energía, mientras que el otro entrega las moléculas energizadas a donde necesitan ir.
La clorofila es el pigmento que absorbe la luz, dentro de las hojas de las plantas y los árboles, que comienza el proceso de fotosíntesis. Como pigmento orgánico dentro del tilacoide cloroplasto, la clorofila solo absorbe energía dentro de una banda estrecha del espectro electromagnético producido por el sol dentro del rango de longitud de onda de 700 nanómetros (nm) a 400 nm. Llamada la banda de radiación fotosintéticamente activa, el verde se encuentra en el medio del espectro de luz visible que separa la energía más baja, pero los rojos, amarillos y naranjas de mayor longitud de onda de la alta energía, longitud de onda más corta, azules, índigos y violetas.
Como absorben las clorofilas un solo fotón o distinto paquete de energía luminosa, hace que estas moléculas se exciten. Una vez que la molécula de la planta se excita, el resto de los pasos del proceso implica llevar esa molécula excitada al sistema de transporte de energía a través del transportador de energía llamado nicotinamida adenina dinucleótido fosfato o NADPH, para la entrega a la segunda etapa de la fotosíntesis, la fase de reacción oscura. o el ciclo de Calvin.
Después de ingresar al cadena de transporte de electrones, el proceso extrae iones de hidrógeno del agua que ingresa y lo entrega al interior del tilacoide, donde se acumulan estos iones de hidrógeno. Los iones pasan a través de una membrana semiporosa desde el lado del estroma hasta la luz del tilacoide, perdiendo parte de la energía en el proceso, a medida que se mueven a través de las proteínas existentes entre los dos fotosistemas. Los iones de hidrógeno se acumulan en la luz del tilacoide donde esperan la reactivación antes de participar en el proceso que hace que la adenosina trifosfato o ATP, la moneda energética de la célula.
Las proteínas de antena en el fotosistema 1 absorben otro fotón, transmitiéndolo al centro de reacción de PS1 llamado P700. Un centro oxidado, P700 emite un electrón de alta energía a nicotina-amida adenina dinucleótido fosfato o NADP + y lo reduce para formar NADPH y ATP. Aquí es donde la célula vegetal convierte la energía de la luz en energía química.
El cloroplasto coordina las dos etapas de la fotosíntesis para usar la energía de la luz para producir azúcar. Los tilacoides dentro del cloroplasto representan los sitios de las reacciones de luz, mientras que el ciclo de Calvin ocurre en el estroma.
Fotosíntesis y Respiración Celular
La respiración celular, ligada al proceso de fotosíntesis, se produce dentro de la célula de la planta a medida que absorbe la energía de la luz, la transforma en energía química y libera oxígeno a la atmósfera. La respiración ocurre dentro de la célula vegetal cuando los azúcares producidos durante el proceso fotosintético se combinan con el oxígeno para generar energía para la célula, formando dióxido de carbono y agua como subproductos de la respiración. Una ecuación simple para la respiración es opuesta a la de la fotosíntesis: glucosa + oxígeno = energía + dióxido de carbono + energía luminosa.
La respiración celular ocurre en todas las células vivas de las plantas, no solo en las hojas, sino también en las raíces de la planta o el árbol. Dado que la respiración celular no necesita energía luminosa, puede ocurrir de día o de noche. Pero el exceso de riego de las plantas en suelos con mal drenaje causa un problema para la respiración celular, ya que las plantas inundadas no pueden absorber suficiente oxígeno a través de sus raíces y transformar la glucosa para mantener los procesos metabólicos de las células. Si la planta recibe demasiada agua durante demasiado tiempo, sus raíces pueden verse privadas de oxígeno, lo que esencialmente puede detener la respiración celular y matar a la planta.
Calentamiento global y reacción de fotosíntesis
El profesor de la Universidad de California Merced, Elliott Campbell, y su equipo de investigadores señalaron en un artículo de abril de 2017 en "Nature", una revista internacional de ciencias, que el proceso de fotosíntesis aumentó dramáticamente durante el siglo XX. El equipo de investigación descubrió un registro global del proceso fotosintético que abarca doscientos años.
Esto los llevó a concluir que el total de todas las fotosíntesis de plantas en el planeta creció en un 30 por ciento durante los años que investigaron. Si bien la investigación no identificó específicamente la causa de un aumento en el proceso de fotosíntesis a nivel mundial, los modelos informáticos de los equipos sugieren varios procesos, cuando se combinan, que podrían dar lugar a un aumento tan grande en el crecimiento global de las plantas.
Los modelos mostraron que las principales causas del aumento de la fotosíntesis incluyen un aumento de las emisiones de dióxido de carbono en la atmósfera (principalmente debido a las actividades humanas), temporadas de crecimiento más prolongadas debido al calentamiento global debido a estas emisiones y una mayor contaminación por nitrógeno causada por la agricultura masiva y la combustión de combustibles fósiles. Las actividades humanas que llevaron a estos resultados tienen efectos positivos y negativos en el planeta.
El profesor Campbell señaló que si bien el aumento de las emisiones de dióxido de carbono estimula la producción de cultivos, también estimula el crecimiento de malezas no deseadas y especies invasoras. Señaló que el aumento de las emisiones de dióxido de carbono causa directamente el cambio climático que conduce a más inundaciones a lo largo de las áreas costeras, condiciones climáticas extremas y un aumento en la acidificación de los océanos, todo lo cual tiene efectos compuestos a nivel mundial.
Si bien la fotosíntesis aumentó durante el siglo XX, también hizo que las plantas almacenaran más carbono en los ecosistemas de todo el mundo, lo que resultó en que se convirtieran en fuentes de carbono en lugar de sumideros de carbono. Incluso con el aumento de la fotosíntesis, el aumento no puede compensar la combustión de combustibles fósiles, ya que más emisiones de dióxido de carbono de la combustión de combustibles fósiles tienden a abrumar la capacidad de las plantas para absorber CO2.
Los investigadores analizaron los datos de nieve antártica recopilados por la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica para desarrollar sus hallazgos. Al estudiar el gas almacenado en las muestras de hielo, los investigadores revisaron las atmósferas globales del pasado.