Fotosíntesis

Características de la fotosíntesis, definición, fórmula y ejemplos

¿Qué es la fotosíntesis?

A diferencia de los animales, que necesitan digerir alimentos ya elaborados, las plantas son capaces de producir sus propios alimentos a través de un proceso químico llamado fotosíntesis.

Para realizar la fotosíntesis las plantas disponen de un pigmento de color verde llamado clorofila, que es el encargado de absorber la luz adecuada para realizar este proceso.

Además de las plantas, la fotosíntesis también la realizan las algas verdes y ciertos tipos de bacterias. Estos seres capaces de producir su propio alimento se conocen como autótrofos.

Definición de fotosíntesis

La fotosíntesis es un proceso que transforma la energía de la luz del sol en energía química. Consiste, básicamente, en la elaboración de azúcares a partir del CO2 (dióxido de carbono) minerales y agua con la ayuda de la luz solar.

fotosíntesis
Esquema de las fórmulas químicas que representan el proceso de la fotosíntesis.

Factores que condicionan la fotosíntesis

La fotosíntesis esta condicionada por cinco principales factores:

  • La luz: Es necesaria para que se pueda realizar este proceso. Debe ser una luz adecuada puesto que su eficacia depende de las diferentes longitudes de onda del espectro visible. La más eficaz es la rojo-anaranjada. La luz azul es muy poco eficaz y prácticamente nula la verde, aunque algunas plantas marinas son capaces de aprovecharla.

  • El agua: Componente imprescindible en la reacción química de la fotosíntesis. Constituye también el medio necesario para que se puedan disolver los elementos químicos del suelo que la plantas deben utilizar para construir sus tejidos.

  • El dióxido de carbono: Constituye el " material" que, fijado con el agua, las plantas utilizan para sintetizar hidratos de carbono. Penetra en las hojas a través de los estomas, aunque, en una proporción muy pequeña, puede proceder del bicarbonato disuelto en el agua del suelo que la plantas absorben mediante sus raíces.

  • Los pigmentos: Son las substancias que absorben la luz necesaria para producir la reacción. Entre ellos, el principal es la clorofila o pigmento verde que da el color a las plantas. La clorofila se encuentra mezclada con otros pigmentos, aunque al aparecer en una mayor proporción, generalmente impone su color sobre el resto que queda enmascarado.

  • La temperatura: Es necesaria una temperatura determinada para que puede producirse la reacción. Se considera que la temperatura ideal para una productividad máxima se encuentra entre los 20 y los 30 ºC, sin embargo puede producirse entre los 0 y los 50 ºC, de acuerdo a las condiciones en que cada planta se ha ido adaptando a su medio. Es posible incluso con una temperatura de -0,5 ºC. Por debajo del punto de congelación no puede darse la fotosíntesis.

¿Fases de la fotosíntesis?

La fotosíntesis presenta dos fases:

  1. Fase fotoquímica o reacción de Hill (fase luminosa)

  2. Fase de fijación del dióxido de carbono o Ciclo de Calvin

Fase fotoquímica o reacción de Hill

Anteriormente se conocía como fase luminosa de la fotosíntesis. Para que se dé esta fase las plantas deben absorber la luz. Las plantas absorben la luz a través de substancias llamadas pigmentos. Entre todos ellos, destaca la clorofila, que es el pigmento de color verde que se encuentra en el interior de los cloroplastos de la célula vegetal.

prado
Las plantas son verdes debido a un pigmento llamado clorofila.

Es la gran proporción de este pigmento el que determina que las plantas presenten principalmente su coloración verde ya que la mayor cantidad de clorofila enmascara la menor proporción del resto de pigmentos.

Las plantas las vemos verdes porque la luz verde al no ser absorbida es captada por nuestros ojos. Sin embargo, es la luz roja -anaranjada y la azul la que es utilizada por la mayoría de las plantas para realizar la fotosíntesis. Otras plantas, como ciertas algas marinas rojas,, son capaces de absorber la luz verde para realizar la fotosíntesis. Para ello utilizan pigmentos diferentes a la clorofila.

¿Por qué la clorofila es verde?

Los pigmentos deben su color a la luz que no son capaces de absorber. Así, por ejemplo, la clorofila absorbe prácticamente todos los colores del espectro visible excepto el verde. Por lo tanto, la capacidad de absorción de la clorofila y de otros pigmentos y la intensidad de la fotosíntesis dependerá de los diferentes tipos de longitud de onda lumínica.

Dado que la clorofila es el pigmento principal, la absorción será la mayor dentro del espectro rojo-anaranjado, inferior en el espectro azul y prácticamente ineficaz en el espectro verde.

Tipos de clorofila

Existen dos tipos de clorofila: la clorofila A, que tiene un color verde azulado y la clorofila B, que presenta un color verde amarillento. La primera es mucho más abundante que la segunda ya que aparece en una proporción tres veces superior. La clorofila A está encargada principalmente de capturar las longitudes de onda violeta y rojo.

hojas arandanos
La pérdida del verde de la clorofila a medida que las hojas se van secando deja ver otros pigmentos vegetales que antes estaban ocultos por aquella. En la foto, una planta de arándanos en otoño. Obsérvese cómo las hojas, a punto de caer, son de color rojo intenso, mientras que en primavera son de color verde brillante.

Los pigmentos vegetales no se presentan aislados, sino que se combinan entre ellos. Así, junto a la clorofila A y B, existen otros pigmentos llamados carotenoides y ficobilinas. Estas últimas aparecen en organismos vegetales inferiores (algas y cianobacterias).

Los carotenoides pueden ser carotenos, con una coloración rojiza anaranjada y xantófilas con una coloración amarillenta y parda. Carotenoides y ficobilinas, junto con la clorofila B, son los responsables de absorber aquellas longitudes de onda que no es capaz de absorber la clorofila A (verde y anaranjado -rojo). De esta manera, una vez absorbida, la transfieren a la clorofila A, para que pueda transformarlas.

Fase de fijación del dióxido de carbono (Ciclo de Calvin)

Corresponde a lo que anteriormente se le conocía como fase oscura de la fotosíntesis. Hoy en día se prefiere omitir este término, al haberse aceptado que este proceso necesita también de la luz para poder llevarse a cabo.

Este ciclo se produce en los cloroplastos del estroma y convierte el CO2 que las plantas absorben a través de los estomas en hidratos de carbono. Para que pueda darse este proceso se deberán utilizar los materiales elaborados en la anterior fase.

¿Cómo se produce la fotosíntesis?

La fotosíntesis se produce principalmente en las hojas de las plantas, aunque en menor proporción puede producirse en los tallos, especialmente en algunas plantas que han sufrido adaptaciones, como los cactus o las plantas crasas.

Las hoja consta fundamentalmente de las siguientes partes:

  • Epidermis: La epidermis es la capa externa de la hoja que la cubre tanto por el haz como por el envés.

  • Mesófilo: El mesófilo es la capa media de la hoja.

  • Los haces vasculares: Son los canales que, en forma de venas, permiten el transporte de substancias nutritivas y agua.

  • Los estomas: Son una especie de agujeros o válvulas que permiten el intercambio de gases entre el interior de la hoja y el medio exterior.

¿Dónde se produce la fotosíntesis en las plantas?

El proceso de fotosíntesis se lleva a cabo en la capa media de la hoja o mesófilo, en donde se hallan los órganos especializadas en este proceso llamados cloroplastos.

Hoja con cloroplastos
Foto de hoja de encina (Quercus ilex) con un detalle ampliado con un detalle ampliado en el que se puede apreciar el color verde de la clorofila presente en los cloroplastos de las células vegetales

Los cloroplastos constan fundamentalmente de una membrana externa, una membrana interna y de una serie de sacos, llamados tilacoides, en cuyas membranas se forma la clorofila u otros pigmentos.

Los tilacoides aparecen agrupados en columnas verticales llamadas granas. El espacio restante interior de los cloroplastos queda cubierto por un fluido llamado estroma.

La reacción se produce en las membranas de los tilacoides, donde se encuentran los pigmentos que son capaces de absorber las diferentes longitudes de onda de la luz.

Esta absorción de la luz produce una reacción química cuando la energía de los fotones descompone el agua y libera oxígeno, protones y electrones. Los electrones se utilizan para sintetizar dos moléculas encargadas de almacenar y transportar energía: la ATP (Adenosin Trifosfato o Trifosfato de adenosina) y NADP (Nicotiamida-Adenina Dinucleotido fosfato). Estas dos moléculas, el ATP y el NADP, se utilizarán en la siguiente fase de la fotosíntesis para trasformar el dióxido de carbono (C02) y el agua (H2 0) para la producción de materia orgánica. (hidratos de carbono)

¿Dónde se lleva a cabo el ciclo de Calvin?

La fase de fijación del dióxido de carbono o Ciclo de Calvin no se lleva a cabo en los tilacoides sino en el estroma. Durante este ciclo el dióxido de carbono y el ATP consiguen formar el primer compuesto orgánico en forma de moléculas de gliceraldehido-3-fosfato una molécula que contiene tres átomos de carbón, a partir de las cuales se forman los hidratos de carbono.

En la mayoría de las plantas, el Ciclo de Calvin está ligado a la fase fotoquímica, de manera que las plantas se regulan a través de enzimas, para que ambos procesos se produzcan a la vez. Las plantas que siguen este proceso se denominan plantas C3.

¿Qué son las plantas C4?

Una excepción a este tipo de plantas lo constituyen las llamadas plantas llamadas C4 y las plantas CAM o de metabolismo ácido.

Las plantas C4 consiguen mediante una enzima especial añadir un paso más al ciclo de Calvin y elaboran previamente al gliceraldehido-3-fosfato, una molécula que contiene 4 átomos de carbono, llamada oxalacetato. De ahí que se las conozca como plantas C4.

Con ello consiguen superar la eficacia de la fotosíntesis en condiciones de baja cantidad de agua disponible.

cactus
El trigo es un ejemplo de plantas C4. Hace la fotosíntesis de forma distinta para aprovechar mejor el agua y resisten mejor la sequía.

¿Cómo afecta la humedad y el agua en la fotosíntesis?

El agua es necesaria para poder metabolizar el CO2. En el metabolismo de las plantas C3, 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+. Cuando las plantas C3 detectan la falta de agua en el suelo, tal como ocurre en el verano, cierran los estomas y detienen el proceso de fotosíntesis.

En cambio, las plantas C4 pueden seguir trabajando porque consiguen realizar la fotosíntesis con bajos niveles de CO2. Pertenecen a este grupo plantas una serie de vegetales procedentes de zona cálidas y secas, tales como el maíz, el sorgo, el mijo, la caña de azúcar o la grama. Esta es la razón por la cual la grama, por ejemplo, es tan resistente a la sequía.

Plantas CAM o plantas de metabolismo ácido

Las plantas CAM consiguen fijar el CO2 por la noche dado que durante el día permanecen con los estomas cerrados para evitar la pérdida de agua.

cactus
Los cactus son plantas CAM, es decir, hacen la fotosíntesis de forma distinta para aprovechar mejor el agua. Por este motivo son plantas adaptadas a los desiertos.

El particular proceso fotosintético que llevan a cabo las plantas crasas, entre las que se encuentran los cactos, explica como estas plantas han evolucionado para soportar condiciones de sequedad ambiental extraordinarias.

La mayoría de los vegetales en el proceso de la fotosíntesis necesitan abrir los estomas para absorber dióxido de carbono y expulsar oxígeno, con la consecuente perdida de agua por transpiración. En cambio, los cactus solamente abren los estomas por la noche, para evitar la deshidratación. Así pues, el intercambio de gases se realiza en la oscuridad.

Los cactus expulsan el oxígeno a la atmósfera y absorben dióxido de carbono, que se mantiene en forma de ácido (generalmente ácido málico) hasta la mañana siguiente, cuando la planta, en presencia de la luz solar, realizará la función clorofílica y extraerá el dióxido de carbono del ácido para transformarlo en azúcar. Este proceso se denomina C.A.M (En inglés = Crassulean Acid Metabolism), porque fue observado por primera vez con las Crasuláceas.

Importancia de la fotosíntesis para el ecosistema y la vida en el planeta

Resultante de este proceso, es el oxígeno, un producto de deshecho, que proviene de la descomposición del agua. El oxígeno, que se forma por la reacción entre el CO2 y el agua, es expulsado de la planta a través de los estomas de las hojas.

Las plantas han tenido y tienen un papel fundamental en la historia de la vida sobre la Tierra. Ellas son las responsables de la presencia del oxígeno, un gas necesario para la mayoría de seres que pueblan actualmente nuestro planeta y que lo necesitan para poder respirar. Pero esto no fue siempre así.

En un principio, la atmósfera de la Tierra no tenía prácticamente oxígeno y era especialmente muy rica en dióxido de carbono (CO2), agua en forma de vapor (H2O), y nitrógeno (N). Este ambiente hubiera sido irrespirable para la mayoría de las especies actuales que necesitan oxígeno para poder vivir.

Los primeros seres vivos no necesitaban oxígeno para poder respirar. Al contrario, este gas constituía un veneno para ellos. Fueron ciertas bacterias, junto con las plantas, las que, hace más de 2.000 millones de años empezaron a iniciar el proceso de la fotosíntesis, transformando la atmósfera y posibilitando la vida tal como se conoce en la actualidad.

adaptaciones de los cactus
Adaptaciones de los cactus

*Información relacionada:

- Diferencias entre animales y plantas

- Animales fotosintéticos

punto rojo Más información sobre las plantas.

Otros artículos de interés

Botanical-online es una página informativa que describe, entre otros temas, los usos tradicionales de las plantas desde un punto de vista terapéutico. Sus descripciones no sustituyen el consejo profesional. Botanical-online no se hace responsable de la automedicación y recomienda consultar con el facultativo.
Aceptar