Fotosíntesis: Tipos de Plantas, Factores Influyentes y Procesos Clave

Tipos de Plantas Según su Metabolismo Fotosintético

Plantas C4

Por cada CO2 fijado, el metabolismo C4 tiene un mayor costo energético que el C3: gastan 5 ATP y 2 NADPH. Se adaptan a climas tropicales, subtropicales, relativamente áridos, con iluminación intensa. Resisten altas temperaturas y baja humedad relativa. Estas plantas fijan todo el CO2, por escaso que sea, con la PEP Carboxilasa y luego lo bombean a las células de la vaina del haz.

Plantas C3

Gastan 3 ATP y 2 NADPH. Se adaptan a climas templados, con temperaturas no muy altas y alta humedad relativa.

Factores que Afectan la Fotosíntesis

Factores Exógenos

• Luz
• Concentración de CO2 y O2
• Temperatura
• Disponibilidad de agua y nutrientes

Factores Endógenos

• Tipo de planta (C3, C4 o CAM)
• Densidad de estomas
• Área foliar
• Edad de la hoja
• Niveles hormonales
• Otros procesos metabólicos celulares (respiración y fotorrespiración)

FN = FB - (FR + RM)

• FN: Fotosíntesis Neta
• FB: Fotosíntesis Bruta
• FR: Fotorrespiración
• RM: Respiración Mitocondrial

Pigmentos Fotosintéticos y Estructura de la Clorofila

Ficoeritrinas

Pigmento accesorio en algas azules y rojas. Son compuestos tetrapirrólicos, al igual que las ficocianinas.

Tetrapirrol

Es un cuerpo básico de porfirinas. Se incluyen la clorofila, las hemoglobinas y los citocromos. La característica cromófora de la clorofila se debe al sistema de dobles enlaces conjugados generados por la unión de anillos de pirrol mediante los grupos de metino.

Fitol

Representa una cadena de 20 átomos de carbono con un doble enlace. Esta cola de fitol le da a la clorofila pura una naturaleza cerosa, lo que explica la insolubilidad del pigmento en agua.

• Hidrófoba: Insoluble en agua.
• Hidrófilo: Afín al agua. El núcleo de la porfirina tiene un carácter hidrófilo.

Pérdida de Energía de Excitación

La energía de excitación se puede perder por:

1. Calor, cuando el electrón regresa al estado basal.
2. Fluorescencia y calor.
3. Ser utilizada en la fotosíntesis.

Centro de Reacción y Fotosistemas

Centro de Reacción: Consiste en una molécula de clorofila A asociada a proteínas particulares y a componentes de membrana específicos. La fotosíntesis tiene dos fotosistemas: Fotosistema I y Fotosistema II.

• La energía migra de un pigmento a otro hasta llegar al centro de reacción.
• El espectro de acción sirve para identificar los pigmentos.
• Todas las especies tienen picos principales en la región correspondiente al rojo y uno menor en el azul.
• Se ha concluido que los fotosistemas I y II utilizan la energía lumínica para oxidar el H2O y transferir cooperativamente los dos electrones disponibles de ella al NADP+, formando NADPH.
• El ácido málico o aspártico es descarboxilado para producir CO2 y ácido pirúvico.

Endo- significa que se absorbe; exo- significa que se libera; -gónico = energía.

Efecto Emerson

Al proporcionar luz roja de longitud de onda corta al mismo tiempo que longitudes de onda más largas, la tasa de fotosíntesis era mayor que la originada por solo una clase de ondas.

P680

Constituye un dímero de moléculas reactivas que pasan su electrón a un aceptor primario de electrones diferente en el fotosistema II.

Reducción de CO2 y Ciclo de Calvin

Reducción de CO2

Se utiliza el ATP y el NADPH para reducir el carbono del CO2 a un azúcar simple. Este proceso lleva como resultado la formación de un esqueleto de carbono. La fijación del carbono se lleva a cabo en condiciones sin luz; la transformación química de este no está directamente ligada a las dos reacciones de luz.

Ciclo de Calvin

Ocurre en el estroma del cloroplasto. Es un conjunto de reacciones en las cuales el CO2 es reducido, dando lugar a carbohidratos. Constituye la segunda etapa de la fotosíntesis.

Conceptos Adicionales

• Metabolismo: Primero se une el CO2 al ácido pirúvico o piruvato para formar un compuesto de 4 carbonos.
• Ácido Oxaloacético: Intermediario del ciclo de Krebs.
• Anaeróbico: Fermentación sin O2.
• Autótrofo: Célula u organismo que no necesita de abastecimiento externo de materia oxidable.
• Ciclo de Krebs: Etapa de la respiración celular en la cual los grupos acetilos se degradan a CO2 y se forma ATP.
• Espectro de Absorción: El patrón característico de la longitud de onda de la luz que absorbe un pigmento.
• Espectro de Acción: Similar al espectro de absorción, pero evoca una reacción determinada.
• Fitocromo: Pigmento de las plantas que actúa como fotorreductor para la luz roja o infrarroja. Interviene en el desarrollo de la floración, dormancia y germinación.
• Fitoplancton: Organismo microscópico fotosintético acuático de vida libre.
• Fotón: Partícula elemental de luz.
• Hidrofílico: Que tiene afinidad por el agua. Aplicable a las moléculas polares.
• Hidrofóbico: Que no tiene afinidad por el agua.
• Pigmento: Sustancia que absorbe la luz en una cierta banda de longitudes de onda.
• Plástido: Organelo citoplasmático frecuentemente pigmentado de las células.