Contenido: 4.    FOTOSÍNTESIS Y RESPIRACIÓN CELULAR

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FOTOSÍNTESIS

Es el proceso mediante el cual los organismos autótrofos (plantas, algas, cianobacterias y bacterias fotosintéticas) transforman la energía lumínica del sol en energía química (alimento); es decir, usando la luz solar, convierten el dióxido de carbono (CO₂) que toman del aire, junto con el agua (H₂O) que toman del aire y suelo,  en azucares (glucosa) a partir de la glucosa se forma el almidón, proteínas,  lípidos y otros complementos necesarios para los organismos para poder vivir, crecer y reproducirse,  y en ese proceso liberan oxígeno a la atmósfera.

¿Dónde se realiza la fotosíntesis?

Se lleva a cabo en los cloroplastos de las células vegetales. Dentro de los cloroplastos están los tilacoides, que son sacos o vesículas aplanadas y en su membrana están los pigmentos fotosintéticos, como la clorofila. En su interior se realizan las reacciones de captación de la luz de la fotosíntesis. Estos tilacoides están inmersos en una solución llamada estroma que es donde se lleva a cabo el proceso de fijación del CO₂.

Fases de la Fotosíntesis

1)        Fase dependiente de la luz (Reacción de Hill)

Comienza cuando un rayo de luz solar cae sobre la hoja, un fotón de luz llega a un cloroplasto donde se encuentran los tilacoides. Al llegar a la membrana del tilacoides el fotón de luz choca con una molécula de clorofila y la hace perder un electrón que salta cargado de energía, iniciando una cadena de reacciones que generarán dos moléculas energéticas llamadas ATP y NADPH₂. Sin embargo, el electrón que se liberó de la clorofila no vuelve a ella, y como la clorofila necesita recuperar su electrón para volver a su estabilidad, actúa sobre la molécula de agua y la rompe, aquí se produce la fotólisis del agua (H₂O). El oxígeno que se desprende sale por los estomas de la hoja y se libera al aire,  el hidrógeno que queda es retenido y de él la clorofila obtiene su electrón.

Entonces, en la fase dependiente de la luz, la energía luminosa se transformó en energía eléctrica (electrones excitados) se utilizó el agua y la luz, se liberó oxigeno (O₂) y se produjo ATP y NADPH₂ (energía química)

2)        Fase no dependiente de la luz (Ciclo de Calvin)

Comienza cuando el CO₂ proveniente del aire es fijado en el estroma dentro del cloroplasto por una molécula llamada ribulosa disfosfato (rubisco) Allí el hidrógeno proveniente del agua captado en el NADPH₂ (durante la fase dependiente de la luz) se combina con el dióxido de carbono utilizando el ATP (energía) (que se produjo en la fase dependiente de la luz) y como resultado de esta reacción se forman azucares como glucosa, y fructosa, que luego sintetizarán carbohidratos más complejos como almidón, celulosa, sacarosas, proteínas, grasas y otros, a través del ciclo de Calvin.

Entonces, en la fase no dependiente de la luz, se utilizó el CO₂ para la formación de materia orgánica (glucosa) para que esto suceda, el ciclo de Calvin debe ocurrir 6 veces. 

Elementos que intervienen en la Fotosíntesis

-En la primera fase (dependiente de la luz)

1.      Energía lumínica: Proviene del sol, la luz impacta sobre las hojas y es absorbida por el pigmento fotosintético (clorofila)
2.  Agua: La pueden adquirir del suelo o del aire.
3. Clorofila: Pigmento de color verde contenido en los cloroplastos, se encarga de la absorción de la  luz para llevar a cabo la fotosíntesis.

        -En la segunda fase (no dependiente de la luz)

         1. Dióxido de carbono: Es absorbido por los estomas que se encuentran en la parte inferior de la hoja. 

         2. Rubisco: Se encuentra en el cloroplasto de los organismos autótrofos. Es Carboxilasa-Oxigenasa pues fija carbono y también oxígeno.

         3.  Minerales: los obtienen del suelo (calcio, nitrógeno, magnesio, entre otros)

        4. Temperatura: Debe estar entre los 10°  y  35°C

      5. ATP: "Adenosín trifosfato", molécula que es la fuente principal de energía utilizable por las células para realizar sus actividades.

      6.  NADPH2: Nicotínamida Adenín Dinucleótido Fosfato diHidrogenado (energía química almacenada) se obtiene durante la fase dependiente de la luz y se empleará durante la fase no dependiente de la luz.

 Productos generados en la Fotosíntesis

-En la primera fase (dependiente de la luz)= Oxígeno (O₂),  ATP  y  NADPH₂.

-En la segunda fase (no dependiente de la luz)= C6H12O6  (Glucosa)

Ecuación de la fotosíntesis:

6CO2  +  6H2O  →  C6H12O6  +  6O2

RESPIRACIÓN CÉLULAR

Es el proceso mediante el cual las células adquieren energía rompiendo la molécula de glucosa. Se da en los organismos aeróbicos mediante tres procesos: Glucólisis, Ciclo de Krebs, Cadena transportadora de electrones.

Glucólisis o Ciclo del Citosol

Ocurre en el citoplasma, es la vía metabólica encargada de oxidar la glucosa con la finalidad de obtener energía para la célula. A través de reacciones enzimáticas se degrada la glucosa a dos piruvatos que luego se oxidan y forman el ácido acético que se combina con la coenzima A para formar el Acetil coenzima A, que será utilizado en el Ciclo de Krebs

Ciclo de Krebs o Ciclo del ácido Cítrico

Ocurre en la matriz mitocondrial, es un conjunto de reacciones bioquímicas que utilizan los organismos aeróbicos para liberar energía química almacenada en el Acetil-COA. Produce la mayor parte de enzimas reducidos NADH y FADH₂ que impulsa la cadena transportadora de electrones.

Transporte de electrones

Este proceso requiere de oxígeno, el transporte de electrones “cadena” ocurre en la membrana interna de las células eucariotas, a través de una serie de reacciones de “alta energía” electrones son pasados a oxígeno. El NADH y el FADH₂ donan sus electrones a un sistema de transporte que genera grandes cantidades de energía mediante la formación de muchas moléculas de ATP. El último elemento de la cadena es el oxígeno molecular que al combinarse con el hidrógeno, produce agua.

Entonces, con el proceso de respiración celular de los organismos aeróbicos las células obtienen 36 moléculas de ATP (energía) a partir de una molécula de glucosa, haciendo uso del oxígeno.

Productos de la Respiración Celular

1.      Agua (H₂O)

2.      Dióxido de Carbono (CO₂)

3.      Energía (36 ATP)

Ecuación de la Respiración Celular:

    C6H12O6  +  6O2  →  6CO2  +  6H2O  +  36 ATP (Energía)

Observación: Cuando se consume demasiada glucosa, las células del hígado tienen que sufrir una adaptación, exceso de glucosa → excedente de ATP, esto dispara una enzima que hace que se produzca ácidos grasos que se van acumulando y se presenta la obesidad. 

Vídeo del  profesor Orlando Quirós Rojas donde explica el proceso de fotosíntesis

Vídeo sobre la respiración

Nota: Recuerden hacer el cuadro comparativo sobre Fotosíntesis y Respiración, (semejanzas y diferencias)