Fotosíntesis

Importancia •En la fotosíntesis, se libera el oxígeno integrante de la molécula del agua y se almacenan, por medio de una reacción de reducción, numerosos compuestos carbonatados que constituyen la materia viva. 6CO2 + 12H20 +

hv  C6H12O6 + 6O2 + 6 H2O

Fotosíntesis Los elementos que integran la fotosíntesis son: luz del sol, carbono, clorofila de las plantas, CO2 atmosférico, algunos elementos minerales y el agua. Y los productos finales del proceso son: los carbohidratos, que se utilizan posteriormente en la síntesis de las demás sustancias orgánicas, o como material combustible para la respiración.

Laboratorios del Siglo XVII

HISTORIA Y CONCEPTOS DE FOTOSÍNTESIS 1648.- Jan Baptista Van Helmont (médico flamenco), realiza el primer experimento cuantitativo. Concluyó después de 5 años, que las plantas se alimentan y en consecuencia se componen casi exclusivamente de agua y no de tierra como se pensaba.

1754.- Joseph Black (químico escocés) denominó al gas proveniente de la combustión de una vela como “aire fijo” CO2 1770.- Joseph Priesley (Pastor Inglés) obtiene aire “deflogisticado” a partir de óxido mercuroso, el cual era benéfico para los animales Oxígeno

Teoría del flogisto

Según las antiguas concepciones griegas, todo lo que puede arder contiene dentro de sí el elemento fuego, que se libera bajo condiciones apropiadas. Las nociones alquímicas eran semejantes, salvo que se concebían los combustibles como algo que contenía el principio de "azufre" (no necesariamente el azufre real).

1775.Lavoisier llegó a la conclusión de que el aire está constituido principalmente por 2 gases: el gas de Priestley, que facilitaba la combustión y el gas de Rutherford (1772), que impedía la combustión y que era más abundante. El gas de Priestley lo llamó oxígeno y al de Rutherford “azoe”, el cual, posteriormente se llamó nitrógeno.

1779.- Ingen-Housz (médico holandés) amplia la observación de Priesley, diciendo que en la luz las partes verdes de la planta son las purificadoras, pero en la obscuridad toda la planta vicia el aire como los animales. La ecuación química que se deduce es: Plantas Aire + Luz “algo flogisticado” en las Plantas + “aire deflogisticado”

1781.- Lavoisier demuestra que “aire fijo” es un compuesto carbono y oxígeno.

el de

1782.Jean Senebier (pastor suizo) descubre que es el aire fijo (CO2) lo que las plantas toman del aire atmosférico, utilizando la luz durante este proceso. Plantas “Aire fijo” + Luz “nutriente en la planta” + “aire deflogisticado”

1784.- Cavendish demuestra que el agua es un compuesto de hidrógeno y oxígeno. 1796.- Ingen-Housz, utilizando la teoría de Lavoisier, presenta a la fotosíntesis por primera vez en términos de la química moderna llamando al aire fijo, bióxido de carbono y expresa la siguiente ecuación: Bióxido de carbono + Orgánica + oxígeno

Luz

Plantas

materia

1804.- De Saussure (erudito suizo) agrega un elemento más a esta ecuación, después de encontrar una diferencia de peso en la planta, que atribuye al agua. Bióxido de carbono + Luz materia orgánica + oxígeno

+

agua

Plantas

1817.- Pierre Joseph Pelletier y Joseph Bienaimé Caventou (químicos franceses) aislaron la sustancia verde de las hojas y la llamaron clorofila. 1845.- Julios Mayer (cirujano alemán), es el primero en definir la transformación a energía química que producen las plantas a partir de la luz. CO2 + Luz + agua Plantas con clorofila materia orgánica + oxígeno + energía química

1880 a 1887.Engelman encontró la correspondencia entre el espectro de acción de la fotosíntesis y el espectro de absorción de la clorofila, concluyendo en sus experimentos que las clorofilas son el pigmento fotorreceptor de la fotosíntesis.

Engelman y la luz monocromática Alga Espirogira

1893.Barnes propone el término “Fotosíntesis” para describir el proceso por medio del cual las plantas utilizan la luz y el CO2 para convertirlo en biomasa. 1923-1950.- A partir de los experimentos hechos por O. Warburg (científico alemán) y sus colaboradores con la microalga Chlorella, se definió que el requerimiento cuántico para la producción de una molécula de oxígeno es de 8 (o más).

En1919 Otto Warburg consiguió cultivos densos de Chlorella en el laboratorio, e introdujo la idea de utilizar estos cultivos como una herramienta de trabajo en el estudio de la fotosíntesis. Estos cultivos y otros de otras especies y tipos de microalgas fueron objeto de atención por parte de numerosos investigadores, observándose que bajo condiciones de cultivo adecuadas y, especialmente, a intensidad de luz de saturación, eran mucho más productivos

1930.- Van Niel (microbiólogo alemán) en estudios comparativos de plantas y bacterias fotosintéticas, propuso la idea de que el oxígeno liberado en la fotosíntesis proviene del agua y no del CO2.

1932.- Emerson y Arnold.- Iluminaron una suspensión de células de Chlorella con destellos de 10 microsegundos y midieron la cantidad de oxígeno desprendido en relación con la intensidad de los destellos, concluyendo que la mayor parte de las clorofilas actúa solo para absorber la luz y transferir la energía de excitación a una clorofila a especializada (centro de reacción) que lleva a cabo fotoquímica primaria y dieron el nombre de unidad fotosintética a todas estas clorofilas que cooperan colectivamente con la absorción de 8 cuantos de luz para la producción de una molécula de oxígeno (300 clorofilas por unidad fotosintética).

1937.- R. Hill (Universidad de Cambridge) después de aislar por primera vez cloroplastos, demostró que estos presentaban fotorreducción de reactivos tales como ferricianuro, quinona y colorantes del diclorofenol. 4Fe(CN)3-6 + 2H2O + Luz

4Fe(CN)3-6 + O2 + 4H+

Esta reacción de substitución del bióxido de carbono por aceptores artificiales llamada “reacción de Hill”, era consistente con la idea de Van Niel de que el oxígeno era el producto oxidado del agua.

1941.- El grupo de Kamen utiliza oxígeno isotópico y confirma que el oxígeno proviene del agua. 1943.- Emerson descubrió “la caída en el rojo” midiendo los efectos de dos longitudes de onda, considerando con esto que existen dos pigmentos fotosintéticos que absorben la luz. 1960.- Hill y Bendal proponen un esquema denominado “Esquema Z”, que consiste en dos fotosistemas en serie conectados por oxidorreductores.

Lumen

 El lumen es el lugar donde se lleva a cabo la fotólisis del agua y la producción de O2 y H+ .

 Formados por proteínas, clorofila, pigmentos accesorios y moléculas portadoras de electrones  Existen dos tipos: I y II  Realizan la “fase luminosa” del proceso fotosintético  El fotosistema I se localiza en las regiones no apiladas de los tilacoides (tilacoides estromales)  El fotosistema II se encuentra en los grana

Tilacoides