El proceso de la fotosíntesis de las plantas, es el proceso de convertir sustancias inorgánicas en forma de H2O y CO2 por medio de la clorofila (sustancia de la hoja verde) en sustancias orgánicas de carbohidratos con la ayuda de la luz solar. El proceso de la fotosíntesis de las plantas se expresa mediante la ecuación de reacción química de la siguiente manera: 6CO₂ + 6H 2 O -> C 6 H 12 O 6 + 6O 2 . La fotosíntesis solo puede ocurrir en plantas que tienen clorofila, que es un pigmento que funciona como captador de energía solar.
¿Qué es el proceso de la fotosíntesis de las plantas?
El término fotosíntesis proviene del griego fotón que significa luz y síntesis que significa arreglo o combinación. La proceso de la fotosíntesis de las plantas es el proceso de formación de carbohidratos a partir de dióxido de carbono y agua con la ayuda de la luz solar. La fotosíntesis proporciona alimento para casi toda la vida en la tierra, ya sea directa o indirectamente.
La luz del sol es una fuente de energía que las plantas necesitan para este proceso. Sin la luz del sol, las plantas no podrán llevar a cabo el proceso de la fotosíntesis de las plantas, esto se debe a que la clorofila dentro de las hojas no puede utilizar la luz del sol porque la clorofila solo funcionará cuando haya luz solar. Las plantas verdes tienen la capacidad de utilizar el CO2 del aire que se convertirá en materia orgánica con la ayuda de la luz solar.
Datos históricos del proceso de la fotosíntesis de las plantas
La teoría de la fotosíntesis fue presentada por primera vez por Joseph Priestley en 1771 y demostró que las plantas verdes liberan oxígeno. Más tarde, en 1779, Jan Ingenhousz demostró que la evolución fotosintética del O2 requiere luz solar y ocurre solo en las partes verdes de las plantas. Jan Ingenhousz realizó un experimento colocando la planta Hydrilla verticillata en un recipiente lleno de agua. El recipiente de vidrio se cubrió con un embudo invertido y se colocó un tubo de ensayo lleno de agua hasta el borde, luego se colocó el recipiente al sol. Poco después aparecieron burbujas de aire de las plantas acuáticas que indicaban la presencia de oxígeno.
En 1860, Julius von Sachs demostró que el proceso de la fotosíntesis de las plantas produce almidón. En este experimento usó hojas frescas parcialmente envueltas en papel de aluminio y luego las hirvió, las puso en alcohol y las goteó con yodo. Concluyó que el color azul-negro de las hojas que no estaban cubiertas con papel de aluminio indicaba la presencia de almidón.
Proceso de fotosíntesis de una planta
El proceso de fotosíntesis de una planta, es el proceso de utilizar la energía luminosa del sol por los cloroplastos de las plantas para convertirla en energía química almacenada en forma de azúcares y otras moléculas orgánicas. Las plantas como organismos autótrofos fabrican sus propias moléculas orgánicas a partir de materias primas inorgánicas obtenidas de su entorno.
El proceso de fotosíntesis en las hojas
Las hojas son el lugar principal para que ocurra el proceso de la fotosíntesis de las plantas. La energía utilizada para el proceso de la fotosíntesis de una planta proviene de la luz solar que es absorbida por los cloroplastos de las hojas. Los materiales utilizados para la proceso de la fotosíntesis de las plantas son agua y dióxido de carbono.
El agua (H2O) como ingrediente del suelo se esparce desde las raíces a través del xilema. El dióxido de carbono (CO2) como ingrediente del aire entra a través de los estomas. El producto producido a partir de la fotosíntesis, la glucosa (C 6 H 12 O 6) es un producto de la fotosíntesis de alta energía que se propaga a todas las partes de la planta a través del floema. El oxígeno (O2) es un producto del proceso de la fotosíntesis de las plantas que sale de las hojas a través de los estomas.
La clorofila es un pigmento porque absorbe la luz, que es radiación electromagnética en el espectro visible. La energía luminosa absorbida por la clorofila es lo que impulsa la síntesis de moléculas de alimentos en los cloroplastos. Los cloroplastos se encuentran principalmente en las células del mesófilo, que son los tejidos que se encuentran en el interior de la hoja. Hay alrededor de medio millón de cloroplastos por milímetro cuadrado de superficie de la hoja. El color de las hojas proviene de la clorofila, que es un pigmento verde que se encuentra en los cloroplastos.
La reacción química de la fotosíntesis
La ecuación de reacción para el proceso de la fotosíntesis de las plantas se describe a continuación:
Básicamente, la serie de reacciones fotosintéticas se puede dividir en dos partes principales: la reacción luminosa (requiere luz) y la reacción oscura (no requiere luz pero requiere dióxido de carbono). La explicación de los dos procesos de la fotosíntesis es la siguiente:
Reacción luminosa
Las reacciones luminosas son procesos para la producción de ATP y la reducción de NADPH2. Esta reacción requiere moléculas de agua. El proceso comienza con la captura de un fotón por un pigmento a modo de antena. El pigmento de clorofila absorbe más luz visible en azul (400 – 450 nanómetros) y rojo (650 – 700 nanómetros) que verde (500 – 650 nanómetros). Esta luz verde será reflejada y captada por nuestros ojos, dando la sensación de que el color de las hojas es verde.
La fotosíntesis producirá más energía en ondas de luz con una cierta longitud. Esto se debe a que las longitudes de onda más cortas almacenan más energía. En el interior de las hojas, la luz será absorbida por las moléculas de clorofila para ser recogida en los centros de reacción.
Las plantas tienen dos tipos de pigmentos que funcionan activamente como centros de reacción o fotosistemas: el fotosistema II y el fotosistema I. El fotosistema II consiste en moléculas de clorofila que absorben luz con una longitud de onda de 680 nanómetros, mientras que el fotosistema I es de 700 nanómetros.
El proceso de la fotosíntesis de las plantas comienza cuando la luz ioniza las moléculas de clorofila en el fotosistema II, lo que hace que liberen electrones para transferirlos a lo largo de la cadena de transporte de electrones. La energía de estos electrones se utiliza para la fotofosforilación que produce ATP, la unidad de intercambio de energía en las células. Esta reacción hace que el fotosistema II experimente un déficit o falta de electrones que deben ser reemplazados inmediatamente.
En plantas y algas, esta deficiencia de electrones se llena con electrones de la ionización del agua que ocurre simultáneamente con la ionización de la clorofila. Los resultados de esta ionización del agua son electrones y oxígeno. El oxígeno del proceso de la fotosíntesis de las plantas solo se produce a partir del agua, no del dióxido de carbono.
Reacción oscura
El ATP y el NADPH producidos en el proceso de la fotosíntesis de las plantas alimentan varios procesos bioquímicos. En las plantas, el proceso bioquímico desencadenado es el ciclo de Calvin, que une el dióxido de carbono para formar ribulosa (y luego azúcares como la glucosa). Esta reacción se llama reacción oscura porque no depende de la presencia o ausencia de luz, por lo que puede ocurrir incluso en la oscuridad (sin luz).
Factores que afectan la fotosíntesis
La tasa de fotosíntesis puede verse influenciada por varios factores, son los siguientes:
Intensidad de luz
La tasa del proceso de la fotosíntesis de las plantas alcanzará su punto máximo cuando haya mucha luz. La baja intensidad de luz con suficiente suministro de dióxido de carbono provocará reacciones fotoquímicas limitadas y la temperatura tendrá poco efecto en la velocidad del proceso. La fijación máxima de dióxido de carbono ocurre al mediodía, es decir, cuando la intensidad de la luz alcanza su punto máximo. El bloqueo de la luz solar por las nubes puede reducir la tasa de fotosíntesis.
Concentración de dióxido de carbono
La concentración de dióxido de carbono tiende a aumentar constantemente. Los aumentos de dióxido de carbono, tanto de forma natural como en condiciones artificiales, aumentan constantemente la tasa de fotosíntesis a menos que los estomas estén cerrados.
La temperatura
El efecto de la temperatura sobre el proceso de la fotosíntesis de las plantas depende del tipo de planta y de las condiciones ambientales donde crece. En general, la temperatura óptima para la fotosíntesis es equivalente a la temperatura diurna en el hábitat nativo de la planta.
Nivel del agua
El bajo contenido de agua hará que los estomas de las hojas se cierren, inhibiendo así la absorción de dióxido de carbono. Esto afectará la tasa reducida del proceso de la fotosíntesis de las plantas.
Niveles de fotosintato (resultados de la fotosíntesis)
Si se reduce el nivel de fotosintato, aumentará la tasa de fotosíntesis. Por el contrario, si aumenta el nivel de fotosintato, se producirá una disminución de la tasa de fotosíntesis.
Etapa de crecimiento
La tasa del proceso de la fotosíntesis de las plantas, es generalmente más alta en la etapa de crecimiento de las plántulas que en las plantas maduras. Esto se debe a que en la etapa de germinación, las plantas necesitan más energía y alimento para su crecimiento.
Además existen factores genéticos que también afectan la tasa el proceso de la fotosíntesis de las plantas como se puede observar en la siguiente tabla:
Diferencias entre especies
La tasa de fotosíntesis en las plantas C4 (por ejemplo, caña de azúcar, maíz, sorgo y varios tipos de plantas tropicales) es la más alta en comparación con las plantas C3 y CAM. Las plantas CAM tienen la tasa de fotosíntesis más baja. La tasa del proceso de la fotosíntesis de las plantas en las especies de árboles y arbustos (C3) es menor que en las plantas C4. Probablemente esto se deba a que las hojas de los árboles y arbustos se cubren mucho entre sí, por lo que la intensidad de la luz que reciben las hojas sombreadas será menor.
Tasa de translocación de fotosintato
La tasa de fotosíntesis puede verse obstaculizada debido a la acumulación de fotosintatos (resultados del proceso de la fotosíntesis de las plantas) en las hojas. Las plantas con una alta tasa de fotosíntesis muestran una alta tasa de translocación.