¿Alguna vez te has preguntado cuántos organismos vivos hay en el planeta? Y después de todo, todos necesitan inhalar oxígeno para generar energía y exhalar dióxido de carbono. Es el dióxido de carbono la causa principal de un fenómeno como la congestión en la habitación. Se lleva a cabo cuando hay mucha gente en él y la habitación no está ventilada durante mucho tiempo. Además, las instalaciones industriales, el automóvil privado y el transporte público llenan el aire de sustancias tóxicas.
Ante lo anterior, surge una pregunta completamente lógica: ¿cómo no nos asfixiamos entonces, si toda vida es fuente de dióxido de carbono venenoso? La salvadora de todos los seres vivos en esta situación es la fotosíntesis. ¿Qué es este proceso y por qué es necesario?
Su resultado es el ajuste del balance de dióxido de carbono y la saturación del aire con oxígeno. Tal proceso solo lo conocen los representantes del mundo de la flora, es decir, las plantas, ya que ocurre solo en sus células.
La fotosíntesis en sí misma es un procedimiento extremadamente complejo, que depende de ciertas condiciones y ocurre en variosetapas.
Definición del concepto
Según la definición científica, las sustancias orgánicas se convierten en sustancias orgánicas durante la fotosíntesis a nivel celular en organismos autótrofos debido a la exposición a la luz solar.
En pocas palabras, la fotosíntesis es el proceso mediante el cual ocurre lo siguiente:
- La planta está saturada de humedad. La fuente de humedad puede ser agua del suelo o aire tropical húmedo.
- La clorofila (una sustancia especial que se encuentra en las plantas) reacciona a la energía solar.
- La formación del alimento necesario para los representantes de la flora, que no son capaces de obtener por sí mismos de forma heterótrofa, sino que ellos mismos son su productor. En otras palabras, las plantas comen lo que producen. Este es el resultado de la fotosíntesis.
Etapa uno
Prácticamente todas las plantas contienen una sustancia verde, gracias a la cual pueden absorber la luz. Esta sustancia no es más que clorofila. Su ubicación son los cloroplastos. Pero los cloroplastos se encuentran en la parte del tallo de la planta y sus frutos. Pero la fotosíntesis de las hojas es especialmente común en la naturaleza. Dado que este último es bastante simple en su estructura y tiene una superficie relativamente grande, lo que significa que la cantidad de energía requerida para que se lleve a cabo el proceso de rescate será mucho mayor.
Cuando la luz es absorbida por la clorofila, esta se encuentra en un estado de excitación y sutransmite mensajes de energía a otras moléculas orgánicas de la planta. La mayor cantidad de esa energía va a los participantes en el proceso de fotosíntesis.
Etapa dos
La formación de la fotosíntesis en la segunda etapa no requiere la participación obligatoria de la luz. Consiste en la formación de enlaces químicos utilizando dióxido de carbono venenoso formado a partir de masas de aire y agua. También hay una síntesis de muchas sustancias que aseguran la actividad vital de los representantes de la flora. Estos son almidón, glucosa.
En las plantas, dichos elementos orgánicos actúan como fuente de nutrición para partes individuales de la planta, al tiempo que aseguran el curso normal de los procesos vitales. Tales sustancias también son obtenidas por representantes de la fauna que comen plantas como alimento. El cuerpo humano se satura de estas sustancias a través de los alimentos, que se incluyen en la dieta diaria.
¿Qué? ¿Donde? ¿Cuándo?
Para que las sustancias orgánicas se vuelvan orgánicas, es necesario proporcionar las condiciones adecuadas para la fotosíntesis. Para el proceso en consideración, en primer lugar, se necesita luz. Estamos hablando de artificial y luz solar. En la naturaleza, la actividad vegetal suele caracterizarse por su intensidad en primavera y verano, es decir, cuando hay necesidad de una gran cantidad de energía solar. Lo que no se puede decir de la temporada de otoño, cuando cada vez hay menos luz, el día se hace más corto. Como resultado, el follaje se vuelve amarillo y luego se cae por completo. Pero tan pronto como brillen los primeros rayos primaverales del sol, la hierba verde se levantará, inmediatamente reanudarán sus actividades.clorofilas y comenzará la producción activa de oxígeno y otros nutrientes vitales.
Las condiciones para la fotosíntesis incluyen más que solo luz. La humedad también debería ser suficiente. Después de todo, la planta primero absorbe la humedad y luego comienza una reacción con la participación de la energía solar. El alimento vegetal es el resultado de este proceso.
Solo en presencia de materia verde ocurre la fotosíntesis. Qué son las clorofilas, ya lo hemos dicho anteriormente. Actúan como una especie de conductor entre la luz o la energía solar y la propia planta, asegurando el correcto curso de su vida y actividad. Las sustancias verdes tienen la capacidad de absorber muchos de los rayos del sol.
El oxígeno también juega un papel importante. Para que el proceso de fotosíntesis sea exitoso, las plantas necesitan mucho, ya que contiene solo 0,03% de ácido carbónico. Entonces, de 20,000 m3 de aire, puedes obtener 6 m3 de ácido. Esta última sustancia es la principal fuente de glucosa, que, a su vez, es una sustancia necesaria para la vida.
Hay dos etapas de la fotosíntesis. La primera se llama luz, la segunda es oscuridad.
¿Cuál es el mecanismo del flujo de la etapa de luz?
La etapa de luz de la fotosíntesis tiene otro nombre: fotoquímica. Los principales participantes en esta etapa son:
- energía solar;
- variedad de pigmentos.
Con el primer componente, todo está claro, es la luz del sol. PEROeso es lo que son los pigmentos, no todo el mundo lo sabe. Son de color verde, amarillo, rojo o azul. Las clorofilas de los grupos "A" y "B" pertenecen al verde, las ficobilinas al amarillo y al rojo/azul, respectivamente. La actividad fotoquímica entre los participantes en esta etapa del proceso se muestra únicamente por las clorofilas "A". El resto juega un papel complementario, cuya esencia es la recolección de cuantos de luz y su transporte al centro fotoquímico.
Debido a que la clorofila está dotada de la capacidad de absorber eficazmente la energía solar en una determinada longitud de onda, se han identificado los siguientes sistemas fotoquímicos:
- Centro fotoquímico 1 (sustancias verdes del grupo "A"): el pigmento 700 está incluido en la composición, que absorbe los rayos de luz, cuya longitud es de aproximadamente 700 nm. Este pigmento juega un papel fundamental en la creación de productos de la etapa ligera de la fotosíntesis.
- Centro fotoquímico 2 (sustancias verdes del grupo "B"): la composición incluye el pigmento 680, que absorbe los rayos de luz, cuya longitud es de 680 nm. Tiene un papel secundario, que consiste en la función de reponer los electrones perdidos por el centro fotoquímico 1. Se logra gracias a la hidrólisis del líquido.
Para 350–400 moléculas de pigmento que concentran los flujos de luz en los fotosistemas 1 y 2, solo hay una molécula de pigmento, que es fotoquímicamente activa: la clorofila del grupo "A".
¿Qué está pasando?
1. La energía luminosa absorbida por la planta afecta al pigmento 700 contenido en ella, que cambia del estado normal al estado excitado. El pigmento pierdeelectrón, lo que resulta en la formación del llamado agujero de electrones. Además, la molécula de pigmento que ha perdido un electrón puede actuar como su aceptor, es decir, el lado que recibe el electrón y recuperar su forma.
2. El proceso de descomposición líquida en el centro fotoquímico del pigmento absorbente de luz 680 del fotosistema 2. Durante la descomposición del agua, se forman electrones, que inicialmente son aceptados por una sustancia como el citocromo C550 y se indican con la letra Q. Luego, desde el citocromo, los electrones entran en la cadena portadora y son transportados al centro fotoquímico 1 para reponer el hueco de electrones, que fue el resultado de la penetración de los cuantos de luz y el proceso de reducción del pigmento 700.
Hay casos en los que dicha molécula recupera un electrón idéntico al anterior. Esto resultará en la liberación de energía luminosa en forma de calor. Pero casi siempre, un electrón con carga negativa se combina con proteínas especiales de hierro y azufre y se transfiere a lo largo de una de las cadenas al pigmento 700, o ingresa a otra cadena transportadora y se reúne con un aceptor permanente.
En la primera variante, hay un transporte de electrones cíclico de tipo cerrado, en la segunda, no cíclico.
Ambos procesos son catalizados por la misma cadena de transportadores de electrones en la primera etapa de la fotosíntesis. Pero debe tenerse en cuenta que durante la fotofosforilación del tipo cíclico, el punto inicial y al mismo tiempo final del transporte es la clorofila, mientras que el transporte no cíclico implica la transición de la sustancia verde del grupo "B" aclorofila "A".
Características del transporte cíclico
La fosforilación cíclica también se llama fotosintética. Como resultado de este proceso, se forman moléculas de ATP. Este transporte se basa en el retorno de electrones en estado excitado al pigmento 700 a través de varias etapas sucesivas, como resultado de lo cual se libera energía, que participa en el trabajo del sistema enzimático fosforilante con el fin de acumular más en ATP fosfato. cautiverio. Es decir, la energía no se disipa.
La fosforilación cíclica es la reacción principal de la fotosíntesis, que se basa en la tecnología de generación de energía química en las superficies de la membrana de los tilactoides del cloroplasto utilizando la energía de la luz solar.
Sin la fosforilación fotosintética, las reacciones de asimilación en la fase oscura de la fotosíntesis son imposibles.
Los matices del transporte de tipo no cíclico
El proceso consiste en la restauración de NADP+ y la formación de NADPH. El mecanismo se basa en la transferencia de un electrón a la ferredoxina, su reacción de reducción y la posterior transición a NADP+ con una mayor reducción a NADPH.
Como resultado, los electrones que perdieron el pigmento 700 se reponen gracias a los electrones del agua, que se descompone bajo los rayos de luz en el fotosistema 2.
El camino no cíclico de los electrones, cuyo flujo implica también la fotosíntesis de la luz, se realiza mediante la interacción de ambos fotosistemas entre sí, enlazando sus cadenas de transporte de electrones. Luminosoenergía dirige el flujo de electrones hacia atrás. Al transportarse del centro fotoquímico 1 al centro 2, los electrones pierden parte de su energía debido a la acumulación como potencial protónico en la superficie de la membrana de los tilactoideos.
En la fase oscura de la fotosíntesis, el proceso de creación de un potencial de tipo protón en la cadena de transporte de electrones y su explotación para la formación de ATP en los cloroplastos es casi completamente idéntico al mismo proceso en las mitocondrias. Pero las características siguen presentes. Los tilacoides en esta situación son mitocondrias al revés. Esta es la razón principal por la que los electrones y los protones se mueven a través de la membrana en dirección opuesta al flujo de transporte en la membrana mitocondrial. Los electrones son transportados al exterior, mientras que los protones se acumulan en el interior de la matriz tiláctica. Este último acepta solo una carga positiva y la membrana externa del tilactoide es negativa. De ello se deduce que la trayectoria del gradiente de tipo protón es opuesta a su trayectoria en las mitocondrias.
La siguiente característica se puede llamar un nivel de pH alto en el potencial de los protones.
La tercera característica es la presencia de solo dos sitios de conjugación en la cadena tilactoide y, como resultado, la relación entre la molécula de ATP y los protones es de 1:3.
Conclusión
En la primera etapa, la fotosíntesis es la interacción de la energía de la luz (artificial y no artificial) con una planta. Las sustancias verdes reaccionan a los rayos: las clorofilas, la mayoría de las cuales se encuentran en las hojas.
La formación de ATP y NADPH es el resultado de tal reacción. Estos productos son esenciales para que se produzcan reacciones oscuras. Por lo tanto, la etapa de luz es un proceso obligatorio, sin el cual la segunda etapa, la etapa de oscuridad, no tendrá lugar.
Etapa oscura: esencia y características
La fotosíntesis oscura y sus reacciones son el paso del dióxido de carbono a sustancias de origen orgánico con la producción de carbohidratos. La implementación de tales reacciones ocurre en el estroma del cloroplasto y los productos de la primera etapa de la fotosíntesis: la luz toma parte activa en ellos.
El mecanismo de la etapa oscura de la fotosíntesis se basa en el proceso de asimilación del dióxido de carbono (también llamado carboxilación fotoquímica, el ciclo de Calvin), que se caracteriza por la ciclicidad. Consta de tres fases:
- Carboxilación - adición de CO2.
- Fase de recuperación.
- Fase de regeneración de ribulosa difosfato.
Ribulofosfato, un azúcar con cinco átomos de carbono, es fosforilado por ATP, lo que da como resultado ribulosa difosfato, que se carboxila aún más al combinarse con CO2 producto con seis carbonos, que instantáneamente se descomponen al interactuar con una molécula de agua, creando dos partículas moleculares de ácido fosfoglicérico. Luego, este ácido sufre un proceso de reducción completa en la implementación de una reacción enzimática, para lo cual se requiere la presencia de ATP y NADP para formar un azúcar con tres carbonos: un azúcar de tres carbonos, triosa o aldehído.fosfoglicerol. Cuando dos de estas triosas se condensan, se obtiene una molécula de hexosa, que puede convertirse en parte integral de la molécula de almidón y ser depurada en reserva.
Esta fase termina con la absorción de una molécula de CO durante el proceso de fotosíntesis2 y el uso de tres moléculas de ATP y cuatro átomos de H. El fosfato de hexosa se presta a las reacciones del ciclo de las pentosas fosfato, se regenera la ribulosa fosfato resultante, que puede recombinarse con otra molécula de ácido carbónico.
Las reacciones de carboxilación, restauración, regeneración no pueden llamarse específicas exclusivamente de la célula en la que tiene lugar la fotosíntesis. Tampoco se puede decir qué es un curso de procesos "homogéneo", ya que la diferencia aún existe: durante el proceso de recuperación, se usa NADPH, y no OVERH.
La adición de CO2 por la ribulosa difosfato es catalizada por la ribulosa difosfato carboxilasa. El producto de reacción es 3-fosfoglicerato, que es reducido por NADPH2 y ATP a gliceraldehído-3-fosfato. El proceso de reducción es catalizado por la gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa. Este último se convierte fácilmente en fosfato de dihidroxiacetona. se forma bifosfato de fructosa. Algunas de sus moléculas participan en el proceso de regeneración de la ribulosa difosfato, cerrando el ciclo, y la segunda parte se utiliza para crear reservas de carbohidratos en las células fotosintéticas, es decir, se lleva a cabo la fotosíntesis de carbohidratos.
La energía luminosa es necesaria para la fosforilación y síntesis de sustancias orgánicasorigen, y la energía de oxidación de las sustancias orgánicas es necesaria para la fosforilación oxidativa. Por eso la vegetación da vida a los animales y otros organismos heterótrofos.
La fotosíntesis en una célula vegetal ocurre de esta manera. Su producto son los carbohidratos, necesarios para crear los esqueletos de carbono de muchas sustancias de los representantes del mundo de la flora, que son de origen orgánico.
Las sustancias del tipo orgánico nitrogenado se asimilan en los organismos fotosintéticos debido a la reducción de nitratos inorgánicos y azufre, debido a la reducción de sulfatos a grupos sulfhidrilo de aminoácidos. Proporciona la formación de proteínas, ácidos nucleicos, lípidos, carbohidratos, cofactores, a saber, la fotosíntesis. Ya se ha enfatizado lo que es un "surtido" de sustancias vitales para las plantas, pero no se dijo una palabra sobre los productos de síntesis secundaria, que son valiosas sustancias medicinales (flavonoides, alcaloides, terpenos, polifenoles, esteroides, ácidos orgánicos y otros).). Por lo tanto, sin exagerar, podemos decir que la fotosíntesis es la clave para la vida de las plantas, los animales y las personas.
