¿Cómo funciona la fotosíntesis?

El proceso de fotosíntesis, en el que las plantas y los árboles convierten la luz del sol en nutrientes energía, puede parecer al principio como magia, pero directa e indirectamente, este proceso sostiene todo el mundo. A medida que las plantas verdes buscan la luz, sus hojas capturan la energía del sol mediante el uso de productos químicos que absorben la luz o pigmentos especiales para producir alimento a partir del dióxido de carbono y el agua extraída de la atmósfera. Este proceso libera oxígeno como subproducto de nuevo a la atmósfera, un componente del aire necesario para todos los organismos que respiran.

TL; DR (demasiado largo; No leí)

Una ecuación simple para la fotosíntesis es dióxido de carbono + agua + energía luminosa = glucosa + oxígeno. A medida que las entidades dentro del reino vegetal consumen dióxido de carbono durante la fotosíntesis, liberan oxígeno a la atmósfera para que la gente respire; Los árboles y plantas verdes (en la tierra y en el mar) son los principales responsables del oxígeno dentro del atmósfera, y sin ellos, los animales y los humanos, así como otras formas de vida, podrían no existir ya que hacer hoy.

Las cosas verdes y en crecimiento son necesarias para toda la vida en el planeta, no solo como alimento para herbívoros y omnívoros, sino para que el oxígeno respire. El proceso de fotosíntesis es la principal forma en que el oxígeno ingresa a la atmósfera. Es el único medio biológico del planeta que captura la energía luminosa del sol, transformándola en azúcares y carbohidratos que proporcionan nutrientes a las plantas mientras liberan oxígeno.

Piénselo: las plantas y los árboles esencialmente pueden extraer energía que comienza en los confines del espacio, en el forma de luz solar, conviértala en alimento y, en el proceso, libere el aire necesario que los organismos necesitan para prosperar. Se podría decir que todas las plantas y árboles productores de oxígeno tienen una relación simbiótica con todos los organismos que respiran oxígeno. Los seres humanos y los animales proporcionan dióxido de carbono a las plantas y, a cambio, entregan oxígeno. Los biólogos llaman a esto una relación simbiótica mutualista porque todas las partes de la relación se benefician.

En el sistema de clasificación de Linneo, la categorización y clasificación de todos los seres vivos, plantas, las algas y un tipo de bacteria llamada cianobacteria son las únicas entidades vivientes que producen alimentos a partir de luz de sol. El argumento a favor de la tala de bosques y la eliminación de plantas en aras del desarrollo parece contraproducente si no quedan humanos para vivir en esos desarrollos porque no quedan plantas ni árboles para producir oxígeno.

Las plantas y los árboles son autótrofos, organismos vivos que producen su propio alimento. Debido a que hacen esto usando la energía de la luz del sol, los biólogos los llaman fotoautótrofos. La mayoría de las plantas y árboles del planeta son fotoautótrofos.

La conversión de la luz solar en alimento tiene lugar a nivel celular dentro de las hojas de las plantas en un orgánulo que se encuentra en las células vegetales, una estructura llamada cloroplasto. Mientras que las hojas constan de varias capas, la fotosíntesis ocurre en el mesófilo, la capa intermedia. Pequeñas microaberturas en la parte inferior de las hojas llamadas estomas controlan el flujo de dióxido de carbono y oxígeno hacia y desde la planta, controlando el intercambio de gases de la planta y el equilibrio hídrico de la planta.

Los estomas existen en la parte inferior de las hojas, de espaldas al sol, para minimizar la pérdida de agua. Las pequeñas células protectoras que rodean los estomas controlan la apertura y el cierre de estas aberturas en forma de boca al hincharse o encogerse en respuesta a la cantidad de agua en la atmósfera. Cuando los estomas se cierran, la fotosíntesis no puede ocurrir, ya que la planta no puede absorber dióxido de carbono. Esto hace que bajen los niveles de dióxido de carbono en la planta. Cuando las horas del día se vuelven demasiado calientes y secas, el estroma se cierra para conservar la humedad.

Como orgánulo o estructura a nivel celular en las hojas de la planta, los cloroplastos tienen una membrana externa e interna que los rodea. Dentro de estas membranas hay estructuras en forma de plato llamadas tilacoides. La membrana tilacoide es donde la planta y los árboles almacenan clorofila, el pigmento verde responsable de absorber la energía luminosa del sol. Aquí es donde tienen lugar las reacciones iniciales dependientes de la luz en las que numerosas proteínas forman la cadena de transporte para llevar la energía extraída del sol a donde necesita ir dentro de la planta.

El proceso de fotosíntesis es un proceso de dos etapas y varios pasos. La primera etapa de la fotosíntesis comienza con la Reacciones de luz, también conocido como el Proceso dependiente de la luz y requiere energía luminosa del sol. La segunda etapa, la Reacción oscura etapa, también llamada Ciclo de Calvin, es el proceso por el cual la planta produce azúcar con la ayuda de NADPH y ATP desde la etapa de reacción a la luz.

La Reacción a la luz La fase de la fotosíntesis implica los siguientes pasos:

• Recolectando dióxido de carbono y agua de la atmósfera a través de las hojas de la planta o del árbol.
• Los pigmentos verdes que absorben la luz en plantas o árboles convierten la luz solar en energía química almacenada.
• Activadas por la luz, las enzimas vegetales transportan la energía donde se necesita antes de liberarla para comenzar de nuevo.
  

Todo esto ocurre a nivel celular dentro de los tilacoides de la planta, sacos individuales aplanados, dispuestos en grana o pilas dentro de los cloroplastos de las células de la planta o árbol.

La Ciclo de Calvin, llamado así por el bioquímico de Berkeley Melvin Calvin (1911-1997), el ganador del Premio Nobel de Química de 1961 por descubrir la etapa de reacción oscura, es el proceso por el cual la planta produce azúcar con la ayuda de NADPH y ATP de la reacción de luz etapa. Durante el ciclo de Calvin, se llevan a cabo los siguientes pasos:

• Fijación de carbono en la que las plantas conectan el carbono a los productos químicos de las plantas (RuBP) para la fotosíntesis.
• Fase de reducción en la que los productos químicos vegetales y energéticos reaccionan para crear azúcares vegetales.
• La formación de carbohidratos como nutriente vegetal.
• Fase de regeneración donde el azúcar y la energía cooperan para formar una molécula de RuBP, lo que permite que el ciclo comience de nuevo.

Incrustados dentro de la membrana tilacoide hay dos sistemas de captura de luz: el fotosistema I y el fotosistema II. compuesto por múltiples proteínas en forma de antena, que es donde las hojas de la planta cambian la energía de la luz en química energía. El fotosistema I proporciona un suministro de portadores de electrones de baja energía, mientras que el otro entrega las moléculas energizadas donde necesitan ir.

La clorofila es el pigmento que absorbe la luz, dentro de las hojas de plantas y árboles, que inicia el proceso de fotosíntesis. Como pigmento orgánico dentro del tilacoide del cloroplasto, la clorofila solo absorbe energía dentro de una banda estrecha del espectro electromagnético producido por el sol dentro del rango de longitud de onda de 700 nanómetros (nm) a 400 Nuevo Méjico. Llamada banda de radiación fotosintéticamente activa, el verde se encuentra en el medio del espectro de luz visible que separa el energía más baja, pero rojos, amarillos y naranjas de mayor longitud de onda de la alta energía, longitud de onda más corta, azules, índigos y violetas.

Como las clorofilas absorben un solo fotón o distinto paquete de energía luminosa, hace que estas moléculas se exciten. Una vez que la molécula de la planta se excita, el resto de los pasos del proceso implican llevar esa molécula excitada al sistema de transporte de energía a través de la energía. portador llamado nicotinamida adenina dinucleótido fosfato o NADPH, para la entrega a la segunda etapa de la fotosíntesis, la fase de reacción oscura o la fase de Calvin Ciclo.

Después de entrar al cadena de transporte de electrones, el proceso extrae iones de hidrógeno del agua absorbida y la entrega al interior del tilacoide, donde se acumulan estos iones de hidrógeno. Los iones atraviesan una membrana semiporosa desde el lado estromal hasta la luz tilacoide, perdiendo algo de la energía en el proceso, a medida que se mueven a través de las proteínas existentes entre los dos fotosistemas. Los iones de hidrógeno se acumulan en la luz de los tilacoides, donde esperan la reenergización antes de participar en el proceso que produce el trifosfato de adenosina o ATP, la moneda de energía de la célula.

Las proteínas de la antena en el fotosistema 1 absorben otro fotón y lo transmiten al centro de reacción PS1 llamado P700. Un centro oxidado, P700 envía un electrón de alta energía al fosfato de dinucleótido de nicotina-amida y adenina o NADP + y lo reduce para formar NADPH y ATP. Aquí es donde la célula vegetal convierte la energía luminosa en energía química.

El cloroplasto coordina las dos etapas de la fotosíntesis para utilizar la energía luminosa para producir azúcar. Los tilacoides dentro del cloroplasto representan los sitios de las reacciones de luz, mientras que el ciclo de Calvin ocurre en el estroma.

La respiración celular, ligada al proceso de fotosíntesis, ocurre dentro de la célula vegetal cuando toma energía luminosa, la transforma en energía química y libera oxígeno a la atmósfera. La respiración ocurre dentro de la célula vegetal cuando los azúcares producidos durante el proceso fotosintético se combina con el oxígeno para producir energía para la célula, formando dióxido de carbono y agua como subproductos de respiración. Una ecuación simple para la respiración es opuesta a la de la fotosíntesis: glucosa + oxígeno = energía + dióxido de carbono + energía luminosa.

La respiración celular ocurre en todas las células vivas de la planta, no solo en las hojas, sino también en las raíces de la planta o árbol. Dado que la respiración celular no necesita energía lumínica para ocurrir, puede ocurrir tanto de día como de noche. Pero regar en exceso las plantas en suelos con mal drenaje causa un problema para la respiración celular, ya que se inundó las plantas no pueden absorber suficiente oxígeno a través de sus raíces y transformar la glucosa para mantener el metabolismo de la célula Procesos. Si la planta recibe demasiada agua durante demasiado tiempo, sus raíces pueden verse privadas de oxígeno, lo que esencialmente puede detener la respiración celular y matar a la planta.

El profesor Elliott Campbell de la Universidad de California Merced y su equipo de investigadores señalaron en un artículo de abril de 2017 en "Nature", una revista científica internacional, que el proceso de fotosíntesis aumentó drásticamente durante el siglo XX. siglo. El equipo de investigación descubrió un registro global del proceso fotosintético a caballo entre doscientos años.

Esto los llevó a concluir que el total de la fotosíntesis de todas las plantas del planeta creció en un 30 por ciento durante los años que investigaron. Si bien la investigación no identificó específicamente la causa de un repunte en el proceso de fotosíntesis a nivel mundial, el equipo Los modelos de computadora sugieren varios procesos, cuando se combinan, que podrían resultar en un aumento tan grande en la planta global crecimiento.

Los modelos mostraron que las principales causas de un aumento de la fotosíntesis incluyen el aumento de las emisiones de dióxido de carbono en la atmósfera (principalmente debido a los humanos actividades), temporadas de cultivo más largas debido al calentamiento global debido a estas emisiones y al aumento de la contaminación por nitrógeno causada por la agricultura masiva y los combustibles fósiles combustión. Las actividades humanas que llevaron a estos resultados tienen efectos tanto positivos como negativos en el planeta.

El profesor Campbell señaló que, si bien el aumento de las emisiones de dióxido de carbono estimula la producción de cultivos, también estimula el crecimiento de malezas no deseadas y especies invasoras. Señaló que el aumento de las emisiones de dióxido de carbono causa directamente el cambio climático que conduce a más inundaciones a lo largo de la costa. áreas, condiciones climáticas extremas y un aumento de la acidificación de los océanos, todos los cuales tienen efectos agravantes a nivel mundial.

Si bien la fotosíntesis aumentó durante el siglo XX, también hizo que las plantas almacenaran más carbono en los ecosistemas de todo el mundo, lo que resultó en que se convirtieran en fuentes de carbono en lugar de sumideros de carbono. Incluso con el aumento de la fotosíntesis, el aumento no puede compensar la combustión de combustibles fósiles, como más emisiones de dióxido de carbono de la combustión de combustibles fósiles tienden a abrumar la capacidad de una planta para absorber CO2.

Los investigadores analizaron los datos de nieve antártica recopilados por la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica para desarrollar sus hallazgos. Al estudiar el gas almacenado en las muestras de hielo, los investigadores revisaron las atmósferas globales del pasado.