Fotosíntesis: conceptos previos
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La naturaleza de la luz
La luz blanca se descompone en diferentes colores (color = longitud de
onda) cuando pasa por un prisma. La longitud de onda se define como la
distancia de pico a pico (o de valle a valle). La energía es inversamente
proporcional a la longitud de onda: longitudes de onda larga tienen menor
energía que las cortas.
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La distribución de los colores en el espectro esta determinado
por la longitud de onda de cada uno de ellos. La luz visible es una pequeña
parte del espectro electromagnético. Cuanto más larga la
longitud de onda de la luz visible tanto más rojo el color. Asimismo
las longitudes de onda corta están en la zona violeta del espectro.
Las longitudes de onda mas largas que las del rojo se denominan infrarrojas, y
aquellas
mas cortas que el violeta, ultravioletas.
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La luz tiene una naturaleza dual: se comporta como onda y partícula.
Entre las propiedades de la onda luminosa se incluyen la refracción
de la onda cuando pasa de un material a otro. El efecto fotoeléctrico
demuestra el comportamiento de la luz como partícula. El zinc se
carga positivamente cuando es expuesto a luz ultravioleta en razón
de que la energía de las partículas luminosas eliminan electrones
del zinc. Estos electrones pueden crear una corriente eléctrica.
El sodio, potasio y selenio tienen longitudes de onda críticas en
el rango de la luz visible. La longitud de onda crítica es
la mayor longitud de onda (visible o no) que puede causar un efecto fotoeléctrico.
Albert Einstein desarrolló en 1905 la teoría de que la luz estaba
compuesta de unas partículas denominadas fotones, cuya energía
era inversamente proporcional a la longitud de onda de la luz. La Luz por
lo tanto tiene propiedades explicables tanto por el modelo ondulatorio
como por el corpuscular.
Clorofila y Pigmentos accesorios
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Un pigmento es cualquier sustancia que absorba la luz. El color del
pigmento esta dado por la longitud de onda no absorbida (y por lo tanto
reflejada). Los pigmentos negros absorben todas las longitudes de onda
que les llega. Los pigmentos blancos reflejan prácticamente toda
la energía que les llega. Los pigmentos tienen un espectro de absorción
característico de cada uno de ellos.
La clorofila, el pigmento verde común
a todas las células fotosintéticas, absorbe todas las longitudes
de onda del espectro visible, excepto las de la percepción global
del verde, detectado por nuestros ojos.
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Tal como se observa en la fórmula, la clorofila es una
molécula compleja que posee un átomo de magnesio en el centro,
mantenido por un anillo de porfirinas. Numerosas modificaciones de la clorofila
se encuentran entre las plantas y otros organismos fotosintéticos
(plantas, algunos protistas, proclorobacteria y cianobacterias).
Los pigmentos accesorios que incluyen a la clorofila b (también
c, d, y e en algas y protistas) y los carotenoides,
como el beta caroteno y las xantofilas (carotenoide
de color amarillo), absorben la energía no absorbida por la clorofila.
La clorofila a (R = --CHO) absorbe sus energías de longitudes
de onda correspondientes a los colores que van del violeta azulado al anaranjado-rojizo
y rojo.
Obtenida de: http://www.nyu.edu:80/pages/mathmol/library/photo.
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Los carotenoides y la clorofila b absorben en la longitud de onda del
verde. Ambas clorofilas también absorben en la región final
del espectro (anaranjado - rojo), o sea a longitudes de onda larga y menor
cantidad de energía. El origen de los organismos fotosintéticos
en el mar da cuenta de esto. Las ondas de luz mas cortas (y de mayor energía)
no penetran mas allá de los 5 metros de profundidad en el mar. La
habilidad para obtener energía de las ondas mas largas (y penetrantes
en este caso) pudo constituir una ventaja para las primeras algas fotosintéticas
que no podían permanecer en la zona superior del mar todo el tiempo.
Si un pigmento absorbe luz pueden ocurrir una de estas tres cosas:
- la energía se disipa como calor
- la energía se emite inmediatamente como una de longitud de onda
más larga, fenómeno conocido como fluorescencia.
- la energía puede dar lugar a una reacción química
como en la fotosíntesis. La clorofila solo desencadena una reacción
química cuando se asocia con una proteína embebida en una
membrana (como en el cloroplasto) o los repliegues de membrana encontradas
en ciertos procariotas fotosintéticos como las cianobacterias y
ploclorobacteria.
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El tilacoide
El tilacoide es la unidad estructural
de la fotosíntesis. Procariotas y eucariotas
poseen estos sacos/vesículas aplanados en cuyo interior se encuentran
los productos químicos que intervienen en la fotosíntesis.
Solo los eucariotas poseen cloroplastos (ver el siguiente esquema)
con una membrana que los rodea. 
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Los tilacoides se apilan como panqueques (bah...., como tapas para empanadas,
para un ejemplo más folclórico) y las pilas toman colectivamente
el nombre de grana. El área entre las granas se denomina
estroma.
Observe el esquema del cloroplasto y compárelo con el de una mitocondria,
notará que esta tiene dos sistemas de membrana mientras que el cloroplasto
tiene tres, formando por lo tanto tres compartimentos.
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Redacción y diagramación a cargo de:
Dr. Jorge S. Raisman, lito@unne.edu.ar
Ing. Ana María Gonzalez, amgonza@unne.edu.ar
Actualizado en Enero del 2000
Traducido y modificado de http://gened.emc.maricopa.edu/Bio/BIO181/BIOBK/BioBookTOC.html
Reproducción autorizada únicamente con fines educativos.
Se agradecen comentarios y sugerencias.
- Arqueobacterias (del griego arkhaios
= antiguo; bakterion = bastón: grupo de procariotas
de unos 3.500 millones de años de antigüedad, presentan una
serie de características diferenciales que hicieron que Carl Woese,
profesor de la Universidad de Illinois, Urbana, U.S.A., proponga su separación
del reino Moneras y la creación de uno nuevo: Archea, propuesta
que hoy es cada vez mas aceptada.
- Autotrofos (del griego autos
= propio; trophe = nutrición): termino utilizado para nombrar
a organismos que sintetizan sus propios nutrientes a partir de materia
prima inorgánica.
- ATP (adenosín trifosfato): El principal
producto químico utilizado por los sistemas vivientes para almacenar
energía, consiste en un una base (adenina) unida a un azúcar
(ribosa) y a tres fosfatos. Fórmula
- Beta caroteno: Un
carotenoide
vegetal importante, precursor de la vitamina A.
- Catalizador (del
griego katalysis = disolución): Sustancia que disminuye la
energía
de activación de una reacción química, acelerando
la velocidad de la reacción.
- Carotenoides (del latín carota
= zanahoria): tipo de pigmentos que comprende a los carotenos (
de color amarillo, anaranjado o rojo) y a las xantofilas (de color amarillo). Químicamente terpeno compuesto
por ocho unidades de isopreno.
- Células oclusivas: Células
epidérmicas especializadas que flanquean los estomas y cuyo cierre
y apertura regula el intercambio de gas y la pérdida de agua
- Ciclo
de Calvin (o
de Calvin-Benson o de Fijación del Carbono) Serie de reacciones
bioquímicas mediadas por enzimas, mediante
las cuales el anhídrido carbónico es reducido e incorporado
en moléculas orgánicas, eventualmente algunas de ellas forman azúcares.
En los eucariotas, esto ocurre en el estroma
del cloroplasto.
- Clorofila (del griego khloros
= verde claro, verde amarillento; phylos = hoja): Pigmento verde
que interviene en la captación de la energía lumínica
durante la fotosíntesis.
- Cloroplasto: (del griego khloros = verde claro, verde
amarillento; plastos = formado): Organela de la célula de
algas y plantas que posee el pigmento clorofila
y es el sitio de la fotosíntesis.
- Convergente (del latín convergere
deriv. vergere = dirigirse, inclinarse): dos o más líneas
que se dirigen a unirse en un punto.
- Energía de activación:
La menor cantidad de energía requerida para que ocurra una determinada
reacción química. Varía de reacción en reacción.
- Enzima(del griego en =
en; zyme = levadura): Molécula de proteína que actúa
como catalizador en las reacciones bioquímicas.
- Epidérmis ( del griego epi
= encima; derma = piel): En plantas, la capa mas externa
de células, a menudo cubierta por un cutícula cerosa. Provee
protección a la planta.
- Estoma (del griego stoma = boca):
Aberturas en la epidermis de las hojas y tallos rodeadas de células
oclusivas, intervienen en el intercambio gaseoso.
- Estroma: La matriz proteica
entre las granas de los cloroplastos. Sitio de las reacciones oscuras de
la fotosíntesis.
- Eucariotas (del griego eu = bueno,
verdadero; karyon = núcleo, nuez): organismos caracterizados
por poseer células con un núcleo verdadero rodeado por membrana.
El registro arqueológico muestra su presencia en rocas de aproximadamente
1.200 a 1500 millones de años de antigüedad.
- Evolución (del latín e-
= fuera; volvere = girar): Cambio de los organismos por adaptación,
variación, sobrerreproducción y reproducción/sobrevivencia
diferencial, procesos a los que Charles Darwin y Alfred Wallace se refirieron
como selección natural.
- Peroxisomas:
Son vesículas en las cuales se degradan las purinas y otros compuestos.
En las plantas son el asiento de una serie de reacciones conocidas como
fotorrespiración. En los peroxisomas se produce agua oxigenada,
compuesto muy tóxico para la célula que es degradado rápidamente
por una enzima.
- Quimiósmosis: El proceso por
el cual se forma el ATP en la membrana interna de la mitocondria. El sistema
transportador de electrones transfiere protones del compartimiento interno
al externo; a medida que los protones fluyen nuevamente hacia el compartimiento
interno la energía del movimiento es usado para agregar fosfato
al ADP para formar ATP. Tema
ampliado
- Mesófilo: parénquima fotosintético
localizado entre las dos epidermis de la lámina
de la hoja.
- Procariotas (del latín pro
= antes, del griego karyon = núcleo, nuez): Tipo de célula
que carece de núcleo rodeado por membrana, posee un solo cromosoma
circular y ribosomas que sedimentan a 70 S (los de los eucariotas lo hacen
a 80S). Carecen de organelas rodeadas por membranas. Se consideran las
primeras formas de vida sobre la Tierra, existen evidencias que indican
que ya existían hace unos 3.500.000.000 años
- Tilacoides (del griego thylakos
= pequeña bolsa): La estructura de membrana especializada en la
cual tiene lugar la fotosíntesis. Membranas internas de los cloroplastos
que conforman compartimentos, en las cuales tiene lugar las "reacciones
lumínicas" de la fotosíntesis. Un conjunto de tilacoides
forma la grana. El área entre las granas se denomina estroma.
- Transporte de electrones:
1) Una serie de reacciones de oxidación/reducción en las
cuales los electrones son pasados como "papas calientes" de una proteína/enzima
ligada a membrana a otra hasta que finalmente son cedidos al aceptor final,
generalmente oxígeno. Durante este proceso se forma ATP. 2) Serie
de reacciones acopladas durante las cuales se genera ATP a partir de la
energía cedida por los electrones, que se mueven de un estado altamente
reducido a otro de menor reducción.
- Vaina fascicular: conjunto de células
que rodean a los haces vasculares (conjunto de xilema y floema) de la lámina
de la hoja.
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