Si nosotros sentimos hambre, nosotros usualmente encontramos algunos bocadillos en cocina. Pero cuando plantas están "hambrientas," qué hacen ellas? Aunque nosotros no pensamos de plantas como criaturas que pueden cocinar para ellas mismas, de hecho, ellas hacen "comida" por su cuenta a través de un proceso llamado fotosíntesis.
Autótrofos y heterótrofos
Hay dos modos que organismos obtienen energía y construyen compuestos orgánicos. Autótrofos usan sustancias inorgánicas para sintetizar materia orgánica, entonces ellos son productores en biosfera. La luz solar es necesaria para plantas, algunas bacterias y algas obtienen para producir sacarosa, y eso es de donde viene el nombre fotoautótrofo.
Heterótrofos no pueden directamente usar sustancias inorgánicas para generar sustancias orgánicas. Ellos deben ingerir sustancias orgánicas de otros seres vivos. Imagina un manzano. Cuando las manzanas están maduras, ellas almacenan mucha sacarosa. Una ardilla hambrienta decide trepar el árbol para comer algunas manzanas. De hecho, ella indirectamente obtiene energía de la luz solar. Algunos caminos heterotróficos son más sutiles. Algunos heterótrofos consumen los restos de otros organismos y desechos orgánicos, tales como heces y hojas caídas. Ellos son llamados descomponedores. La mayoría de los hongos y procariotas obtienen nutrientes de esta manera.
Fotosíntesis ocurre en cloroplastos
Cloroplastos son orgánulos en células vegetales responsables para fotosíntesis. Ellos se encuentran en tallos verdes, frutos inmaduros, y todas las partes verdes de plantas, pero más abundantes en hojas. Alrededor de 500,000 cloroplastos están presentes en un milímetro cuadrado de fragmento de hoja. Ellos se distribuyen principalmente en células de mesófilo en la hoja. Una célula típica de mesófilo tiene alrededor de 30-40 cloroplastos.
Cloroplastos viven dentro de eucariotas como procariotas simbióticos; originalmente, ellos probablemente fueron procariotas. Ellos tienen un rico sistema de membranas para ejecutar fotosíntesis. La membrana doble más externa los separa del citoplasma, y encierra un espacio llamado estroma donde enzimas y varias sustancias activas participan en síntesis de triosa. Los tilacoides en el estroma forman el tercer sistema de membranas complejo. Estos pequeños sacos son ricos en clorofila que captura fotones solares, y el conjunto completo de complejos de proteínas (cadenas de transporte de electrones) que convierten energía luminosa en energía química. Los pigmentos clorofila dan a plantas su color verde. Los tilacoides a veces se apilan en estructuras columnares para formar una mayor superficie para una absorción de luz más eficiente.
La ecuación química de fotosíntesis: cómo ocurre
Fotoautótrofos directamente usan recursos naturales—especialmente energía solar—para producir nutrientes. Pero cómo hacen plantas esto? Tres elementos esenciales son necesarios: dióxido de carbono, agua, y luz solar. La ecuación química es simplificada como: 6CO₂ + 6H₂O + luz solar → C₆H₁₂O₆ + 6O₂. Fotosíntesis consume 12 moléculas de agua y produce 6 moléculas de agua, entonces la ecuación simplificada en la derecha no incluye agua.
A diferencia de respiración que absorbe oxígeno, plantas absorben dióxido de carbono a través de pequeñas aberturas en sus hojas, tallos, y raíces. Agua infiltra en células desde pelos radiculares. Luego, agua es transportada a grandes hojas a través de vasos. Transpiración y presión radicular (células de raíz activamente transportan agua) ayudan a agua a superar gravedad. Algunas plantas acuáticas pueden directamente absorber agua de su entorno a través de sus tallos y hojas porque su epidermis carece de colénquima que previene la evaporación de agua en plantas terrestres.
El factor más crítico es el sol. Luz solar desencadena una compleja reacción fotoquímica que convierte agua y dióxido de carbono en glucosa y oxígeno. Glucosa rápidamente se transforma en fructosa y sacarosa para participar en transporte de nutrientes. Ellas son también sintetizadas en almidón y almacenadas en varias partes, especialmente raíces y frutos. Oxígeno y dióxido de carbono comparten un canal común. Ellos son liberados en el aire para convertirse en elementos esenciales para respiración aeróbica en organismos. Plantas no solo se sustentan a sí mismas sino también desinteresadamente apoyan a otras vidas en Tierra.
Aunque parece como respiración celular invertida, fotosíntesis es de hecho más compleja. Por supuesto, no es tan simple como la ecuación listada arriba. Es una reacción endotérmica y que aumenta la entropía. Puede ser dividida en dos partes principales: reacciones de luz y oscuridad (también conocidas como el ciclo de Calvin).
En reacción de luz de fotosíntesis, todas las reacciones bioquímicas dependen de energía de luz. Ocurre en membrana de tilacoide. Electrones de clorofila son excitados dos veces por fotones. Después de la primera excitación, electrones de alta energía liberan energía a lo largo de la cadena de transporte de electrones en membrana de tilacoide. Este proceso es similar a transferencia de electrones en la cadena respiratoria mitocondrial, así que también forma un gradiente de protones electroquímico y impulsa ATP sintasa a sintetizar ATP en el estroma. Electrones de alta energía y protones son recibidos por NADP⁺ para formar NADPH en la segunda excitación. Electrones proporcionados por clorofila son reemplazados por electrones de agua finalmente. Esto causa que moléculas de agua se descompongan en oxígeno como un subproducto. Energía de luz solar es almacenada temporalmente en ATP y NADPH.
La segunda etapa es reacción oscura que no depende de luz directamente. Porque fue descubierta por Calvin, también se llama ciclo de Calvin. La energía para fijar y reducir dióxido de carbono viene de compuestos de alta energía ATP y NADPH. Triosa que contiene 3 carbonos es el producto de esta reacción. Ellas son sintetizadas en glucosa en estroma de cloroplasto.