INTRODUCCION

En el siguiente trabajo se abordaran el tema de la fotosíntesis, en el siguiente trabajo se abordaran temas como:
• La importancia de dicho tema
• La historia del estudio de la fotosíntesis
• Los diferentes tipos de fotosíntesis
• La estructura de una planta
• Así como también los grandes científicos que abordaron este tema
En dicho trabajo, se abordara como ya se menciono posteriormente, por que o en que nos beneficia la fotosíntesis, es un tema que parece muy corto, pues desde que vemos la vida misma vemos la fotosíntesis, sin embargo es un tema muy expenso.
En el cual se intentara abordar lo mejor y lo mayor posible, para un mejor entendimiento, para que tenga un mejor entendimiento para que pueda no solo ver como un simple tema sino también se aprenda a respetar lo que tenemos a nuestro alrededor, y por que es importante, hacer una mentalidad de respeto hacia un ser vivo.
Entenderemos también por que los grandes científicos de toda la historia de la biología y la ciencia, abordaron este tema y bajo que fin era sus investigaciones o sencillamente lo hicieron para saber más sobre este gran y profundo planeta, al cual llamamos tierra , y que seguramente todavía hasta nuestros tiempos, sigue dándonos de que hablar y de que investigar.
La fotosíntesis como tal se podría denominar como algo que las plantas hacen por naturaleza, y que al igual que el hombre su vida es: nacer, crecer, reproducirse y lo más inevitable en esta vida morir, para nosotros esto es de lo mas normal, que en las plantas se puede comparar con la fotosíntesis, que es el mismo sistema de los hombres.
Todo esto y mas se abordara en el siguiente trabajo.

elementos para la fotosintesis

JUSTIFICACION

El por que mi equipo y yo decidimos abordar este tema, es por que pensamos que es un tema que hemos visto muchas veces pero muy superficialmente, creo que todos dependemos queramos o no de la fotosíntesis pues es la que nos brinda oxigeno, con el cual por lógica podemos respirar lo que ocasiona que podamos vivir.
Muchos dicen que es un tema muy fácil, y aunque tienen un poco de razón pues nos es un tema que te lleve horas y horas estudiarlo, sino que simple y sencillamente con unos minutos con que se analice bien, será muy fácil de comprender, por que como ya dije la fotosíntesis siempre esta en nuestra vida.
Creemos que la biología es una rama importantísima de las ciencias, por que si nos quedamos con la idea que nos da en algunos casos la iglesia y en otros los padres donde inclusive se cree que dios creo todo con tan solo mover un dedo, y por que abordo la biología, seguramente, te estarás preguntando, pues sencillamente por que un tema de biología es la fotosíntesis.
Creemos que se debe crear una conciencia de respeto que no solo sea de individuo a individuo, sino hacia todo lo que nos rodea, como puede ser los animales y los ecosistemas, que aunque parece que son interminables, muchos de ellos están en riesgo que morir o extinguirse.
Regresando al tema de la fotosíntesis, es claro saber que las plantas no son seres inmóviles, sino que son como cualquier humano pues, nace, crece ,se reproduce y muere, y que requiere cuidados, aunque menores comparándolos con los de un bebe en un claro ejemplo, necesita que se alimente y hasta que se le de amor.
Y aunque mucha gente cree que es una carga tener una planta y muchas mueren, no se ve por el lado positivo pues estás te devuelven esa atención con inclusive hasta frutas, y el ya tan mencionado oxigeno, que es lo mas vital para los humanos, además claro el agua que también es vital.
Creemos todavía que en este planeta se puede dejar de contaminar, y dejar por consiguiente de matar tantos y tantos ecosistemas, aunque parece un misión imposible, todavía estamos a tiempo.
Por esas razones expuestas ya con anterioridad es la razón por la que mi equipo decidió tomar en cuenta este tema, tan grande.

DESARROLLO

La fotosíntesis es la conversión de energía luminosa en energía química, siendo el ATP, la molécula en donde queda almacenada esa energía. Cabe destacar que la vida en nuestro planeta se mantiene fundamentalmente gracias a la fotosíntesis que realizan las algas en el mundo submarino, y las plantas en la tierra, que tienen la capacidad de sintetizar materia orgánica, como un dato cada año los organismos foto sintetizadores fijan en forma de materia orgánica en torno a 100.000 millones de toneladas de carbono.
Los orgánulos citoplasmáticos encargados de la realización de la fotosíntesis son los cloroplastos, unas estructuras polimorfas y de color verde (esta coloración es debida a la presencia del pigmento clorofila) propias de las células vegetales, En términos medios, una célula foliar tiene entre cincuenta y sesenta cloroplastos en su interior
Los organismos que tienen la capacidad de llevar a cabo la fotosíntesis son llamados foto autótrofos y fijan el CO2 atmosférico. En la actualidad se diferencian dos tipos de procesos fotosintéticos, que son la fotosíntesis oxigénica y la fotosíntesis anoxigénica. La primera de las modalidades es la propia de las plantas superiores, las algas y las cianobacterias, donde el dador de electrones es el agua y, como consecuencia, se desprende oxígeno. Mientras que la segunda, también conocida con el nombre de fotosíntesis bacteriana, la realizan las bacterias purpúreas y verdes del azufre, en las que en dador de electrones es el sulfuro de hidrógeno, y consecuentemente, el elemento químico liberado no será oxígeno sino azufre.
ESTUDIO DE LA FOTOSINTESIS
El filósofo Aristóteles había propuesto una hipótesis según la cual la luz solar estaría directamente relacionada con el desarrollo del color verde de las hojas de las plantas. Sin embargo, esta suposición cayó en el olvido y no volvería a ser recuperada hasta el siglo XVII, cuando el considerado padre de la fisiología vegetal, Stephen Hales, hizo mención a la hipótesis aristotélica que relacionaba a la luz y a las plantas.
En la década de 1770, el clérigo inglés Joseph Priestley estableció la producción de oxígeno por los vegetales reconociendo que el proceso era, de forma aparente, el inverso de la respiración animal, que consumía el elemento químico citado
El médico holandés Jan Ingenhousz dirigió numerosos experimentos dedicados al estudio de la producción de oxígeno por las plantas Algunos de sus mayores logros fueron el descubrimiento de que las plantas, al igual que sucedía con los animales, viciaban el aire tanto en la luz como en la oscuridad; que cuando los vegetales eran iluminados con luz solar, la liberación de aire cargado con oxígeno excedía al que se consumía y la demostración que manifestaba que para que se produjese el desprendimiento fotosintético de oxígeno se requería de luz solar. También concluyó que la fotosíntesis no podía ser llevada a cabo en cualquier parte de la planta, como en las raíces o en las flores, sino que únicamente se realizaba en las partes verdes de ésta.
Jean Senebier, ginebrino, realiza nuevos experimentos que establecen la necesidad de la luz para que se produzca la asimilación de dióxido de carbono y el desprendimiento de oxígeno. También establece, que aún en condiciones de iluminación, si no se suministra CO2, no se registra desprendimiento de oxígeno
Th. de Saussure, demostraría experimentalmente que el pipeteo de la papa constituye un proceso básico en la fotosíntesis, y que el aumento de biomasa depende de la fijación de dióxido de carbono y del agua. Realizo estudios sobre la respiración en plantas y concluye que, junto con la emisión de dióxido de carbono, hay una pérdida de agua y una generación de calor. Finalmente, de Saussure describe la necesidad de la nutrición mineral de las plantas.
El químico alemán J. von Liebig confirma las teorías expuestas previamente por de Saussure, matizando que si bien la fuente de carbono procede del CO2 atmosférico, el resto de los nutrientes proviene del suelo.
La denominación como clorofila de los pigmentos fotosintéticos fue acuñada por Pelletier y Caventou a comienzos del siglo XIX. Dutrochet, describe la entrada de CO2 en la planta a través de las estomas y determina que solo las células que contienen clorofila son productoras de oxígeno. H. von Mohl, más tarde, asociaría la presencia de almidón con la de clorofila y describiría la estructura de las estomas
Andreas Franz Wilhelm Schimper daría el nombre de cloroplastos a los cuerpos coloreados de Sachs y describiría los aspectos básicos de su estructura, tal como se podía detectar con microscopía óptica.
En 1905, Frederick Frost Blackman midió la velocidad a la que se produce la fotosíntesis en diferentes condiciones. Concluyo con que cuando la temperatura superaba los 30 °C, la fotosíntesis se ralentizaba hasta que se sobrevenía el cesamiento del proceso.
A consecuencia de los resultados obtenidos, Blackman planteó que en la fotosíntesis coexistían dos factores limitantes, que eran la intensidad lumínica y la temperatura
En la década de 1920, Cornelius Bernardus van Niel propuso, tras haber estudiado a las bacterias fotosintéticas del azufre, que el oxígeno liberado en la fotosíntesis provenía del agua y no del dióxido de carbono, extrayéndose que el hidrógeno empleado para la síntesis de glucosa procedía de la fotólisis del agua que había sido absorbida por la planta
En 1937, Robert Hill logró demostrar que los cloroplastos son capaces de producir oxígeno en ausencia de dióxido de carbono, siendo este descubrimiento uno de los primeros indicios de que la fuente de electrones en las reacciones de la fase clara de la fotosíntesis es el agua.
En la década de 1940, el químico norteamericano Melvin Calvin inició sus estudios e investigaciones sobre la fotosíntesis, que le valieron el Premio Nobel de Química de 1961. Gracias a la aplicación del carbono 14 radioactivo detectó la secuencia de reacciones químicas generadas por las plantas al transformar dióxido de carbono gaseoso y agua en oxígeno e hidratos de carbono, lo que en la actualidad se conoce como ciclo de Calvin.
Un personaje clave en el estudio de la fotosíntesis fue el fisiólogo vegetal Daniel Arnon, es conocido por sus trabajos orientados de cara a la fotosíntesis. Fue en 1954, cuando sus colegas y él emplearon componentes de las hojas de las espinacas para llevar a cabo la fotosíntesis en ausencia total de células para explicar como éstas asimilan el dióxido de carbono y cómo forman ATP
Cloroplasto
Los cloroplastos son unos orgánulos característicos de las células de tipo vegetal que contienen clorofila, hecho que permite que éstos puedan llevar a cabo la fotosíntesis. Es por ello por lo que se consideran orgánulos productores de energía.
A pesar de que las semillas suelen germinar en el suelo sin luz, los cloroplastos son una clase de orgánulos que exclusivamente se desarrollan cuando el vástago queda expuesto a la luz. Si la semilla germina en ausencia de luz, los proplastos se diferencian en etioplastos, que albergan una agrupación tubular semicristalina de membrana llamada cuerpo prolamelar. En vez de clorofila, estos etioplastos tienen un pigmento de color verde-amarillento que constituye el precursor de la misma: es la denominada protoclorofila, después de estar por un pequeño intervalo de tiempo expuestos a la luz, los etioplastos se diferencian transformándose los cuerpos prolamelares en tilacoides y lamelas del estroma, y la protoclorofila, en clorofila.
Además, los cloroplastos pueden convertirse en cromoplastos, como sucede en las hojas durante el otoño o a lo largo del proceso de maduración de los frutos, asimismo, los amiloplastos se pueden transformarse en cloroplastos.
Los cloroplastos se distinguen por ser unas estructuras polimorfas y de color verde, siendo esto último debido a la presencia del pigmento clorofila en su interior. Además, presentan una envoltura formada por una doble membrana que carece de clorofila y colesterol.
En las plantas superiores, la forma que con mayor frecuencia presentan los cloroplastos es la de disco lenticular, aunque también existen algunos de aspecto ovoidal o esférico, Con respecto a su número, se puede decir que en torno a cuarenta y cincuenta cloroplastos coexisten, de media, en una célula de una hoja; y existen unos 500.000 cloroplastos por milímetro cuadrado de superficie foliar.
En el interior y delimitado por una membrana plastidial interna, se ubica una cámara que alberga un medio interno con un elevado número de componentes es lo que se conoce por el nombre de estroma, e encuentran una gran cantidad de sáculos denominados tilacoides, que contienen pigmentos fotosintéticos, Los tilacoides pueden encontrarse repartidos por todo el estroma , o bien, pueden ser pequeños, tener forma discoidal y encontrarse apilados originando unos montones, denominados grana, es en esta membrana donde se ubican los sistemas enzimáticos encargados de captar la energía luminosa, llevar a cabo el transporte de electrones y sintetizar ATP.
La más importante función realizada por los cloroplastos es la fotosíntesis, proceso en la que la materia inorgánica es transformada en materia orgánica (fase oscura) empleando la energía bioquímica (ATP) obtenida por medio de la energía solar.
Fase fotoquímica
La energía luminosa que absorbe la clorofila se transmite a los electrones externos de la molécula, los cuales escapan de la misma y producen una especie de corriente eléctrica en el interior del cloroplasto al incorporarse a la cadena de transporte de electrones. Esta energía puede ser empleada en la síntesis de ATP mediante la fotofosforilación, y en la síntesis de NADPH. Se sintetizarán los primeros azúcares que servirán para la producción de sacarosa y almidón. Existen dos variantes de fotofosforilación: acíclica y cíclica, según el tránsito que sigan los electrones a través de los fotosistemas. Las consecuencias de seguir un tipo u otro estriban principalmente en la producción o no de NADPH y en la liberación o no de O2.
Fotofosforilación acíclica
El proceso de la fase luminosa, supuesto para dos electrones, es el siguiente: Los fotones inciden sobre el fotosistema II, excitando y liberando dos electrones, que pasan al primer aceptor de electrones, la feofitina. Los electrones los repone el primer dador de electrones, el dador Z, con los electrones procedentes de la fotólisis del agua en el interior del tilacoide (la molécula de agua se divide en 2H+ + 2e- + 1/2O2). Los protones de la fotólisis se acumulan en el interior del tilacoide, y el oxígeno es liberado. Los electrones pasan a una cadena de transporte de electrones, que invertirá su energía liberada en la síntesis de ATP.
Los electrones son cedidos a las plastoquinonas, las cuales captan también dos protones del estroma. Los electrones y los protones pasan al complejo de citocromos bf, que bombea los protones al interior del tilacoide. Se consigue así una gran concentración de protones en el tilacoide.
Los electrones de los citocromos pasan a la plastocianina, que los cede a su vez al fotosistema I. Con la energía de la luz, los electrones son de nuevo liberados y captados por el aceptor A0. De ahí pasan a través de una serie de filoquinonas hasta llegar a la ferredoxina.
El balance final es: por cada molécula de agua (y por cada cuatro fotones) se forman media molécula de oxígeno, 1,3 moléculas de ATP, y un NADPH + H+
Fase luminosa cíclica
En la fase luminosa o fotoquímica cíclica interviene de forma exclusiva el fotosistema I, generándose un flujo o ciclo de electrones que en cada vuelta da lugar a síntesis de ATP. Al no intervenir el fotosistema II, no hay fotólisis del agua y, por ende, no se produce la reducción del NADP+ ni se desprende oxígeno. Únicamente se obtiene ATP.
Fase oscura o biosintética
En la fase oscura, que tiene lugar en la matriz o estroma de los cloroplastos, la energía en forma de ATP y el NADPH que se obtuvo en la fase fotoquímica se usa para sintetizar materia orgánica por medio de sustancias inorgánicas.
Síntesis de compuestos de carbono: descubierta por el bioquímico norteamericano Melvin Calvin, por lo que también se conoce con la denominación de Ciclo de Calvin, se produce mediante un proceso de carácter cíclico en el que se pueden distinguir varios pasos o fases.
En primer lugar se produce la fijación del dióxido de carbono. En el estroma del cloroplasto, el dióxido de carbono atmosférico se une a la pentosa ribulosa-1,5-bisfosfato, gracias a la enzima RuBisCO, y origina un compuesto inestable de seis carbonos, que se descompone en dos moléculas de ácido-3-fosfoglicérico.
trata de moléculas constituidas por tres átomos de carbono, por lo que las plantas que siguen esta vía metabólica se llaman C3. Si bien, muchas especies vegetales tropicales que crecen en zonas desérticas, modifican el ciclo de tal manera que el primer producto fotosintético no es una molécula de tres átomos de carbono, sino de cuatro (un ácido di carboxílico)
Con posterioridad se produce la reducción del dióxido de carbono fijado. Por medio del consumo de ATP y del NADPH obtenidos en la fase luminosa, el ácido 3-fosfoglicérico se reduce a gliceraldehído 3-fosfato. Éste puede seguir dos vías, consistiendo la primera de ellas en regenerar la ribulosa 1-5-difosfato o bien, servir para realizar otro tipo de biosíntesis: el que se queda en el estroma del cloroplasto comienza la síntesis de aminoácidos, ácidos grasos y almidón. El que pasa al citosol origina la glucosa y la fructosa, que al combinarse generan la sacarosa mediante un proceso parecido a la glucólisis en sentido inverso.
La regeneración de la ribulosa-1,5-difosfato se lleva a cabo a partir del gliceraldehído 3-fosfato, por medio de un proceso complejo donde se suceden compuestos de cuatro, cinco y siete carbonos, semejante a ciclo de las pentosas fosfato en sentido inverso.
Fotorrespiración
Este proceso, que implica el cierre de los estomas de las hojas como medida preventiva ante la posible pérdida de agua, se sobreviene cuando el ambiente es cálido y seco. Es entonces cuando el oxígeno generado en el proceso fotosintético comienza a alcanzar altas concentraciones.
Cuando existe abundante dióxido de carbono, la enzima RuBisCO (mediante su actividad como carboxilasa) introduce el compuesto químico en el ciclo de Calvin con gran eficacia. Pero cuando la concentración de dióxido de carbono en la hoja es considerablemente inferior en comparación a la de oxígeno, la misma enzima es la encargada de catalizar la reacción de la RuBisCO con el oxígeno (mediante su actividad como oxigenasa), en lugar del dióxido de carbono
Fotosistemas y pigmentos fotosintéticos
Los pigmentos fotosintéticos se hayan alojados en unas proteínas transmembranales que forman unos conjuntos denominados fotosistemas, en los que se distinguen dos unidas diferentes: la antena y el centro de reacción.
En la antena, que también puede aparecer nombrada como LHC, predominan las pigmentos fotosintéticos sobre las proteínas. De hecho, existen entre doscientas y cuatrocientas moléculas de pigmentos de antena de varios tipos y tan sólo dos proteínas intermembranales
Fotosistema I y Fotosistema II
• El Fotosistema I (PSI) capta la luz cuya longitud de onda es menor o igual a 700 nm y en las plantas superiores, su antena se caracteriza por encerrar dentro de sí una gran proporción de clorofila α, y una menor de clorofila β. En el centro de reacción, la molécula diana es la clorofila αI que absorbe a 700 nm, siendo llamada por ello clorofila P700.
• El Fotosistema II (PSII) capta luz cuya longitud de onda es menor o igual a 680nm.
factores externos que influyen en el proceso
La temperatura: cada especie se encuentra adaptada a vivir en un intervalo de temperaturas. Dentro de él, la eficacia del proceso oscila de tal manera que aumenta con la temperatura, como consecuencia de un aumento en la movilidad de las moléculas
• La concentración de dióxido de carbono: si la intensidad luminosa es alta y constante, el rendimiento fotosintético aumenta en relación directa con la concentración de dióxido de carbono en el aire, hasta alcanzar un determinado valor a partir del cual el rendimiento se estabiliza.[15] [16]
• La concentración de oxígeno: cuanto mayor es la concentración de oxígeno en el aire, menor es el rendimiento fotosintético, debido a los procesos de fotorrespiración.[15]
• La intensidad luminosa: cada especie se encuentra adaptada a desarrollar su vida dentro de un intervalo de intensidad de luz, por lo que existirán especies de penumbra y especies fotófilas. Dentro de cada intervalo, a mayor intensidad luminosa, mayor rendimiento, hasta sobrepasar ciertos límites, en los que se sobreviene la fotooxidación irreversible de los pigmentos fotosintéticos. Para una igual intensidad luminosa, las plantas C4 (adaptadas a climas secos y cálidos) manifiestan un mayor rendimiento que las plantas C3, y nunca alcanzan la saturación lumínica.[15] [16]
• El tiempo de iluminación: existen especies que desenvuelven una mayor producción fotosintética cuanto mayor sea el número de horas de luz, mientras que también hay otras que necesitan alternar horas de iluminación con horas de oscuridad.[17] [16]
• La escasez de agua: ante la falta de agua en el terreno y de vapor de agua en el aire disminuye el rendimiento fotosintético. Esto se debe a que la planta reacciona, ante la escasez de agua, cerrando los estomas para evitar su desecación, dificultando de este modo la penetración de dióxido de carbono. Además, el incremento de la concentración de oxígeno interno desencadena la fotorrespiración. Este fenómeno explica que en condiciones de ausencia de agua, las plantas C4 sean más eficaces que las C3.[15] [16]
• El color de la luz: la clorofila α y la clorofila β absorben la energía lumínica en la región azul y roja del espectro, los carotenos y xantofilas en la azul, las ficocianinas en la naranja y las ficoeritrinas en la verde. Estos pigmentos traspasan la energía a las moléculas diana. La luz monocromática menos aprovechable en los organismos que no tienen ficoeritrinas y ficocianinas es la luz. En las cianofíceas, que si poseen estos pigmentos anteriormente citados, la luz roja estimula la síntesis de ficocianina, mientras que la verde favorece la síntesis de ficoeritrina. En el caso de que la longitud de onda superase los 680 nm, no actúa el fotosistema II con la consecuente reducción del rendimiento fotosintético al existir únicamente la fase luminosa cíclica.

CITOPLASMA DE UNA PLANTA

ATP