sin la serie de reacciones químicas conocidas colectivamente como fotosíntesis, no estarías aquí y nadie más lo sabría. Esto podría parecerle una extraña afirmación si sabe que la fotosíntesis es exclusiva de las plantas y algunos microorganismos, y que ni una sola célula en su cuerpo o en la de ningún animal tiene el aparato para llevar a cabo esta elegante variedad de reacciones ¿lo que da?
En pocas palabras, la vida vegetal y la vida animal son casi perfectamente simbióticas, lo que significa que la forma en que las plantas cumplen con sus necesidades metabólicas es de gran beneficio para los animales y viceversa. en términos más simples, los animales toman gas de oxígeno (o 2 ) para obtener energía de fuentes de carbono no gaseosas y excretan gas de dióxido de carbono (co 2 ) y agua (h 2 o) en el proceso, mientras que las plantas usan co 2 y h 2 o Hacer comida y liberar o 2 al medio ambiente. Además, aproximadamente el 87 por ciento de la energía mundial se deriva actualmente de la quema de combustibles fósiles, que en última instancia son también productos de la fotosíntesis.
a veces se dice que "la fotosíntesis es para las plantas lo que la respiración es para los animales", pero esta es una analogía errónea porque las plantas usan ambas, mientras que los animales solo usan la respiración. piense en la fotosíntesis como la forma en que las plantas consumen y digieren el carbono, confiando en la luz en lugar de en la locomoción y en el acto de comer para poner el carbono en una forma que las pequeñas máquinas celulares pueden utilizar.
una visión general rápida de la fotosíntesis
La fotosíntesis, a pesar de no ser utilizada directamente por una fracción significativa de los seres vivos, puede verse razonablemente como el único proceso químico responsable de garantizar la existencia continua de la vida en la tierra misma. las células fotosintéticas toman co 2 y h 2 o recogidos por el organismo del ambiente y utilizan la energía de la luz solar para impulsar la síntesis de glucosa (c 6 h 12 o 6 ), liberando o 2 como producto de desecho. esta glucosa es procesada por diferentes células en la planta de la misma manera que las células animales la usan: se somete a la respiración para liberar energía en forma de trifosfato de adenosina (atp) y libera co 2como producto de desecho. (El fitoplancton y las cianobacterias también utilizan la fotosíntesis, pero para los fines de esta discusión, los organismos que contienen células fotosintéticas se denominan genéricamente "plantas").
Los organismos que utilizan la fotosíntesis para producir glucosa se denominan autótrofos, que se traducen libremente de griego a "autoalimentación". es decir, las plantas no dependen de otros organismos directamente para el alimento. Los animales, por otro lado, son heterótrofos ("otros alimentos") porque tienen que ingerir carbono de otras fuentes vivas para crecer y permanecer vivos.
¿Qué tipo de reacción es la fotosíntesis?
La fotosíntesis se considera una reacción redox. redox es la abreviatura de "reducción-oxidación", que describe lo que ocurre a nivel atómico en las diversas reacciones bioquímicas. La fórmula completa y equilibrada para la serie de reacciones llamada fotosíntesis, cuyos componentes se explorarán en breve, es:
6h 2 o + luz + 6co 2 → c 6 h 12 o 6 + 6o 2
Puedes verificar por ti mismo que el número de cada tipo de átomo es el mismo en cada lado de la flecha: seis átomos de carbono, 12 átomos de hidrógeno y 18 átomos de oxígeno.
la reducción es la eliminación de electrones de un átomo o molécula, mientras que la oxidación es la ganancia de electrones. en consecuencia, los compuestos que fácilmente producen electrones a otros compuestos se llaman agentes oxidantes, mientras que los que tienden a ganar electrones se llaman agentes reductores. Las reacciones redox usualmente involucran la adición de hidrógeno al compuesto que se está reduciendo.
Las estructuras de la fotosíntesis.
El primer paso en la fotosíntesis podría resumirse como "que haya luz". La luz del sol golpea la superficie de las plantas, poniendo en marcha todo el proceso. quizás ya sospeche por qué muchas plantas se ven como lo hacen: una gran área de superficie en forma de hojas y las ramas que las sostienen, lo que parece innecesario (aunque atractivo) si no sabe por qué estos organismos están estructurados de esta manera . El "objetivo" de la planta es exponerse lo más posible a la luz del sol, haciendo que las plantas más pequeñas y pequeñas de cualquier ecosistema se parezcan a las runas de una camada de animales, ya que ambas luchan por obtener suficiente energía. Las hojas, como es lógico, son extremadamente densas en las células fotosintéticas.
estas células son ricas en organismos llamados cloroplastos, que es donde se realiza el trabajo de la fotosíntesis, al igual que las mitocondrias son los orgánulos en los que se produce la respiración. de hecho, los cloroplastos y las mitocondrias son muy similares en su estructura, un hecho que, como prácticamente todo en el mundo de la biología, puede atribuirse a las maravillas de la evolución. Los cloroplastos contienen pigmentos especializados que absorben de manera óptima la energía de la luz en lugar de reflejarla. lo que se refleja en lugar de absorber se encuentra en un rango de longitudes de onda que el ojo humano y el cerebro interpretan como un color particular (sugerencia: comienza con "g"). El principal pigmento utilizado para este propósito se conoce como clorofila.
Los cloroplastos están rodeados por una doble membrana plasmática, como ocurre con todas las células vivas y con los orgánulos que contienen. En las plantas, sin embargo, existe una tercera membrana interna a la bicapa del plasma, llamada membrana tilacoide. esta membrana está doblada muy extensamente para que las estructuras de forma apiladas apiladas una encima de otra resulten, no como un paquete de mentas para respirar. estas estructuras tilacoides contienen clorofila. El espacio entre la membrana interna del cloroplasto y la membrana del tilacoide se llama estroma.
El mecanismo de la fotosíntesis.
La fotosíntesis se divide en un conjunto de reacciones dependientes de la luz e independientes de la luz, generalmente llamadas reacciones de luz y oscuridad y se describen en detalle más adelante. Como habrás llegado a la conclusión, las reacciones a la luz ocurren primero.
cuando la luz del sol incide en la clorofila y otros pigmentos dentro de los tilacoides, esencialmente elimina electrones y protones sueltos de los átomos en la clorofila y los eleva a un nivel de energía más alto, lo que los hace más libres para migrar. Los electrones se desvían hacia las reacciones de la cadena de transporte de electrones que se desarrollan en la propia membrana tilacoide. Aquí, los aceptadores de electrones como nadp reciben algunos de estos electrones, que también se utilizan para impulsar la síntesis de atp. atp es esencialmente para las células lo que los dólares son para el sistema financiero de Estados Unidos: es "la moneda de la energía" que utiliza prácticamente todos los procesos metabólicos en última instancia.
Mientras esto sucede, las moléculas de clorofila que se bañan en el sol se encuentran repentinamente sin electrones. Aquí es donde el agua entra en la refriega y contribuye con los electrones de reemplazo en forma de hidrógeno, lo que reduce la clorofila. con su hidrógeno desaparecido, lo que antes era agua ahora es oxígeno molecular - o 2 . este oxígeno se difunde fuera de la célula y de la planta por completo, y parte de él ha logrado encontrar su camino hacia sus propios pulmones precisamente en este segundo.
¿Es la fotosíntesis endergónica?
La fotosíntesis se denomina reacción endergónica porque requiere una entrada de energía para poder proceder. El sol es la fuente última de toda la energía en el planeta (un hecho que quizás se entienda en algún nivel por las diversas culturas de la antigüedad que consideraban al sol como una deidad por derecho propio) y las plantas son las primeras en interceptarlo para un uso productivo. sin esta energía, no habría manera de que el dióxido de carbono, una molécula pequeña y simple, se convierta en glucosa, una molécula considerablemente más grande y más compleja. Imagínate a ti mismo subiendo un tramo de escaleras mientras no gastas energía de alguna manera, y puedes ver el problema que enfrentan las plantas.
en términos aritméticos, las reacciones endergónicas son aquellas en las que los productos tienen un nivel de energía más alto que el de los reactivos. Lo contrario de estas reacciones, en términos energéticos, se denominan exergónicos, en el que los productos tienen menor energía que las reacciones y, por lo tanto, se libera energía durante la reacción. (esto es a menudo en forma de calor. De nuevo, ¿te calientas o te vuelves más frío con el ejercicio?) esto se expresa en términos de la energía libre Δg ° de la reacción, que para la fotosíntesis es de +479 kj ⋅ mol - 1 o 479 julios de energía por mol. el signo positivo indica una reacción endotérmica, mientras que un signo negativo indica un proceso exotérmico.
Las reacciones de luz y oscuridad de la fotosíntesis.
en las reacciones a la luz, el agua se separa por la luz solar, mientras que en las reacciones a la oscuridad, los protones (h + ) y los electrones (e - ) liberados en las reacciones a la luz se utilizan para ensamblar la glucosa y otros carbohidratos del co 2 .
Las reacciones a la luz vienen dadas por la fórmula:
2h 2 o + luz → o 2 + 4h + + 4e - (Δg ° = +317 kj ⋅ mol −1 )
y las oscuras reacciones están dadas por:
co 2 + 4h + + 4e - → ch 2 o + h 2 o (Δg ° = +162 kj ⋅ mol −1 )
En general, esto produce la ecuación completa revelada anteriormente:
h 2 o + light + co 2 → ch 2 o + o 2 (Δg ° = +479 kj ⋅ mol −1 )
Se puede ver que ambos conjuntos de reacciones son endergónicos, las reacciones de luz más fuertemente.
¿Qué es el acoplamiento de energía?
el acoplamiento de energía en los sistemas vivos significa el uso de la energía disponible de un proceso para impulsar otros procesos que de otro modo no tendrían lugar. La sociedad en sí misma funciona de esta manera: las empresas a menudo tienen que pedir prestadas grandes sumas de dinero por adelantado para despegar, pero en última instancia algunas de estas empresas se vuelven altamente rentables y pueden hacer que los fondos estén disponibles para otras empresas de nueva creación.
La fotosíntesis representa un buen ejemplo de acoplamiento de energía, ya que la energía de la luz solar se acopla a las reacciones en los cloroplastos para que las reacciones puedan desarrollarse. la planta finalmente recompensa el ciclo global del carbono mediante la síntesis de glucosa y otros compuestos de carbono que se pueden acoplar a otras reacciones, de manera inmediata o en el futuro. por ejemplo, las plantas de trigo producen almidón, que se utiliza en todo el mundo como fuente principal de alimentos para los seres humanos y otros animales. pero no toda la glucosa producida por las plantas se almacena; algunos de ellos proceden a diferentes partes de las células vegetales, donde la energía liberada en la glucólisis se acopla en última instancia a las reacciones en las mitocondrias de la planta que resultan en la formación de atp. mientras que las plantas representan el fondo de la cadena alimenticia y son ampliamente consideradas como donantes pasivos de energía y oxígeno, tienen sus propias necesidades metabólicas,
¿Por qué no se pueden cambiar los subíndices?
aparte, los estudiantes a menudo tienen problemas para aprender a equilibrar las reacciones químicas si no se proporcionan de forma equilibrada. como resultado, en sus retoques, los estudiantes pueden verse tentados a cambiar los valores de los subíndices en las moléculas de la reacción para lograr un resultado equilibrado. esta confusión puede deberse a saber que es permisible cambiar los números frente a las moléculas para equilibrar las reacciones. cambiar el subíndice de cualquier molécula convierte esa molécula en una molécula diferente por completo. por ejemplo, cambiar o 2 a o 3 no solo agrega 50 por ciento más de oxígeno en términos de masa; convierte el gas oxígeno en ozono, que no participaría en la reacción en estudio de forma remota.