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Asignatura: Fisiología Vegetal, Profesor: otro otro, Carrera: Biología, Universidad: UCM
Tipo: Apuntes
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Fotosínteis: proceso físico-químico por el cual las plantas, las algas y las bacterias fotosintéticas utilizan la energía de la luz solar para sintetizar compuestos orgánicos. En plantas, algas y en algunos tipos de bacterias fotosintéticas el proceso conlleva la liberación de oxígeno molecular y la utilización de dióxido de carbono atmosférico para la síntesis de compuestos orgánicos. A este proceso se le denomina fotosíntesis oxigénica. Sin embargo, algunos tipos de bacterias utilizan la energía de la luz para formar compuestos orgánicos pero no producen oxígeno. En este caso se habla de fotosíntesis anoxigénica. El conocimiento de este proceso es esencial para entender las relaciones de los seres vivos y la atmósfera, y para entender el balance de la vida sobre la tierra, dado el profundo impacto que tiene sobre la atmósfera y el clima terrestres. Esto significa que el aumento de la concentración de dióxido de carbono atmosférico generado por la actividad humana, tiene un gran impacto sobre la fotosíntesis.
Desde el punto de vista evolutivo: la aparición de la fotosíntesis oxigénica supuso una verdadera revolución para la vida sobre la tierra: cambió la atmósfera enriqueciéndola, hecho que posibilitó la aparición de organismos que utilizan el oxígeno para vivir.
Todos los organismos vivos se agrupan en tres grandes grupos o dominios: Archaea, Bacteria y Eucarya, teniendo todos ellos un antecesor común. Cuando hablamos de fotosíntesis hablamos de los organismos que realizan este proceso, es decir, organismos fotosintetizadores, y pertenecen al dominio Bacteria (son las bacterias fotosintéticas) y al dominio Eucarya (algas, plantas y algunos protistas)). La aparición y el desarrollo de la fotosíntesis están íntimamente ligados al desarrollo de la vida sobre la tierra (Fig.1).
Aparición de los heterótrofos: La evolución de la tierra, la evolución de la atmósfera primitiva, la evolución de los metabolismos primitivos, constituye un entramado de acontecimientos que conduce hasta unas bacterias fotosintetizadotasn (no las primeras bacterias y tampoco la primera fotosíntesis) que realizan fotosíntesis liberando oxígeno a la atmósfera, incrementando su concentración y posibilitando la gran explosión de los heterótrofo. La característica principal de la atmósfera durante el Arqueozoico que duró hasta hace 2500 millones de años, era que el aire apenas contenía trazas de oxígeno. Pero hubo vida antes. El oxígeno de nuestra atmósfera, que es producto de la actividad biológica, vemos que nuestra atmósfera muy diferente a como debió ser la atmósfera de la tierra primitiva. Hace unos 3500 millones de años se encontraron fósiles de cianobacterias esto indicaría que había organismo liberando oxígeno a la atmósfera mediante fotosíntesis, aunque no se produjo un aumento apreciable del mismo hasta hace unos 2500 millones de años.
Antes de existir oxígeno en la atmósfera, el ambiente de las primeras formas de vida era anaerobio. Estos primeros organismos no tenían capacidad para sintetizar sus propios nutrientes orgánicos y tomaban del medio lo que ya estaba sintetizado Eran heterótrofos. Estos heterótrofos primitivos seguían alimentándose del medio, pero el medio iba cambiando: la tierra se iba enfriando, iba disminuyendo la radiación ultravioleta que alcanzaba la superficie terrestre, etc. Y en este escenario se produjo un cambio que consistió en ser capaz de sintetizar las moléculas energéticas. Entonces los organismos se hacen autótrofos. En todo caso, estamos hablando de nutrición, es decir, de los componentes necesarios para la supervivencia, o lo que es lo mismo, de fuentes de carbono, nitrógeno, hidrógeno y energía. Y dependiendo de cuáles son estas fuentes, denominamos a los distintos organismos (Fig. 2).
Para los organismos primitivos que vivían en anaerobiosis el oxígeno era un veneno como lo es hoy para los anaerobios estrictos. Pero los organismos encontraron la forma de neutralizar este efecto a través de moléculas tales como la superóxido dismutasa o los derivados de isoprenoides y porfirinas. La porfirina es un tetrapirrol al que se une covalentemente un átomo metálico y dependiendo de cuál sea éste, se forman moléculas funcionalmente distintas: si se trata de hierro, se forman citocromos relacionados con la respiración anaerobia; si se une magnesio, se forman clorofila y bacterioclorofila, moléculas capaces de absorber luz e indispensables para la fotosíntesis. De manera que una molécula que, en principio, parecía destinada a la protección frente a la toxicidad del oxígeno, evolucionó para permitir un proceso químico que liberará toneladas de oxígeno a la atmósfera. Sabiendo que el proceso fotosintético puede ser anoxigénico y oxigénico, en bacterias el primero y en cianobacterias, algas y plantas el segundo, consideremos los elementos que intervienen en el proceso (Fig. 3):
Para que el proceso fotosintético ocurra, para que se inicie la fase fotoquímica (conversión de la energía de la luz en energía química), lo primero que tienen que hacer los organismos es captar la luz. Las moléculas que intervienen en ello son los pigmentos fotosintéticos, los cuales se organizan, se colocan, en una membrana: la membrana plasmática en bacterias, y la membrana tilacoidal de los cloroplastos de cianobacterias, algas y plantas.
Todos los organismos con capacidad fotosintética contienen uno o más pigmentos capaces de absorber radiación visible que desencadena las reacciones fotoquímicas de la fotosíntesis. Estos pigmentos se pueden extraer de los organismos que los contienen con alcohol o con disolventes orgánicos (recordemos su naturaleza química).