by Stefanie on 10/08/2015 | Cultivo

La fotosíntesis: fase luminosa

Fotosíntesis La fase luminosa es la primera etapa de la fotosíntesis, y convierte la energía solar en energía química. La luz es absorbida por complejos formados por clorofilas y proteínas llamados fotosistemas, que se ubican en los cloroplastos.


Seguimos con nuestra serie de capítulos dedicados a la fisiología del Cannabis sativa L. En esta ocasión explicaremos el proceso bioquímico más importante en la naturaleza desde que la vida se abrió camino hace millones de años, ya que hizo cambiar la composición de la atmósfera a escala planetaria. Nos referimos a la fotosíntesis.

Imagen que ilustra el crecimiento de una planta de cannabis durante la fotosíntesis y su relación con la energía lumínica, la producción de oxígeno y absorción de dióxido de carbono, el almacenamiento de azúcares o almidón, el vapor de agua y la absorción de oxígeno y minerales por la raíz.

Este proceso es el responsable de que, hoy en día, nuestro planeta tenga una atmosfera rica en oxígeno. Consecuencia de ello es el hecho de que las plantas superiores hayan llegado a dominar la superficie de la Tierra, dando sustento a tanto otros organismos que se alimentan o encuentran cobijo gracias a ellas. La atmosfera primigenia contenía muy poco oxígeno, pero sí otros gases, como amonio, nitrógeno y dióxido de carbono.

Las plantas encontraron la manera de transformar ese CO2 que tanto abundaba en alimento, con la ayuda de la luz solar. Pero a ver: ¿cómo es posible transformar el agua y el dióxido de carbono en carbohidratos?, ¿qué papel desempeña la radiación solar en tal proceso? Intentaremos dilucidar tales cuestiones de una forma amena.

¿Qué es la fotosíntesis?

La fotosíntesis es la conversión de materia inorgánica en materia orgánica gracias a la energía que aporta la luz del sol (o lámparas de cultivo, en algunos casos). En este proceso, la energía luminosa se transforma en energía química estable, siendo el adenosintrifosfato (ATP) la primera molécula en la que queda almacenada esa energía química. Con posterioridad, el ATP se usa para sintetizar moléculas orgánicas de mayor estabilidad.

Además, se debe tener en cuenta que la vida en nuestro planeta se mantiene fundamentalmente gracias a la fotosíntesis que realizan las algas, en el medio acuático, y las plantas, en el medio terrestre, que tienen la capacidad de sintetizar materia orgánica (imprescindible para la constitución de los seres vivos) partiendo de la luz y los elementos minerales esenciales, los macro y micronutrientes.

Podemos considerar las plantas como fábricas de azúcar y otros hidratos de carbono, cuyas materias primas son el agua y el dióxido de carbono, y con la luz como fuente de energía. A modo sintético podemos describirlo con una sencilla ecuación química:

H2O + Luz + CO2 = C6H12O6

Los responsables de realizar dicha reacción dentro de las células vegetales son los cloroplastos. Son unas estructuras que toman distintas formas y son de color verde (esta coloración es debida a la presencia del pigmento clorofila), propias de las células vegetales. Al igual que las mitocondrias (orgánulos responsables de la respiración celular, tanto en plantas como en animales), cuentan con su propio adn y posiblemente se hayan originado como bacterias simbióticas intracelulares.

En el interior de estos orgánulos se halla una cámara que contiene un medio interno llamado estroma, que alberga diversos componentes, entre los que cabe destacar enzimas encargadas de la transformación del dióxido de carbono en materia orgánica y unos sáculos aplastados denominados tilacoides, cuya membrana contiene pigmentos fotosintéticos (clorofilas).

Diagrama que representa la estructura química simplificada de la molécula de trifosfato de adenosina (ATP), una fuente de energía presente en todos los seres vivos.
Estructura química simplificada de la molécula de adenosintrifosfato (ATP), fuente de energía presente en todos los seres vivos.

La fotosíntesis no es un solo proceso, sino que engloba diversas y complejas reacciones bioquímicas. A grandes rasgos, y a fin de facilitar su estudio, la fotosíntesis puede ser dividida en tres etapas: la fase luminosa, la fase oscura y la fotorrespiración. En este capítulo se explicará la fase luminosa, para no sobrecargar con información.

La fase luminosa

La fase luminosa es la primera etapa de la fotosíntesis, y convierte la energía solar en energía química. La luz es absorbida por complejos formados por clorofilas y proteínas llamados fotosistemas, que se ubican en los cloroplastos. Se denomina fase luminosa o clara, ya que al utilizar la energía lumínica sólo puede llevarse a cabo en condiciones de alta luminosidad, ya sea natural o artificial. En condiciones de oscuridad, esta fase no tiene lugar.

El fotosistema I y el fotosistema II (PSI y PSII en adelante) son los dos encargados de captar la luz y de emplear su energía para impulsar el transporte de electrones a través de una cadena de receptores. A modo divulgativo, se trata de hacer saltar los electrones desde la molécula de agua hasta formar ATP, pasando por varias formas químicas intermedias, como si de una cadena de transporte se tratase.

El PSI y el PSII atrapan la luz, aumentando la energía de los electrones a niveles más altos que su estado fundamental. Esta energía se va transportando entre diferentes moléculas de clorofila, hasta que en el centro del fotosistema II se produce la separación del agua en los siguientes componentes: dos protones (H+), un átomo de oxígeno (O) y dos electrones.

El oxígeno se unirá con el sobrante de otra molécula de agua para crear oxígeno atmosférico (O2). Este hecho es el que permite que los animales terrestres podamos respirar en la superficie del planeta… Poca broma.

La energía luminosa que absorbe la clorofila responde básicamente a dos longitudes de onda específicas: 680 y 700 nanómetros. Estas dos longitudes de onda excitan uno u otro fotosistema y, según cuál de ellos desprenda electrones en cada momento, el camino que sigue la fotosíntesis es ligeramente distinto, aunque complementario. La energía lumínica en forma de fotón se transmite a los electrones externos de la/s molécula/s de clorofila, los cuales escapan de la misma y producen una especie de corriente eléctrica en el interior del cloroplasto al incorporarse a la cadena transportadora de electrones (véase la siguiente ilustración).

Esta energía puede ser empleada en la síntesis de ATP mediante la fotofosforilación y en la síntesis de NADPH. Ambos compuestos son necesarios para la siguiente fase o ciclo de Calvin, donde se sintetizarán los primeros azúcares, que servirán para la producción de sacarosa y almidón. Pero esto lo veremos en el siguiente capítulo.

Estructura del dinucleótido de nicotinamida-adenina oxidado (NAD+), coenzima que interviene en numerosas vías anabólicas.
La nicotinamida adenina dinucleótido fosfato (abreviada NADP+ en su forma oxidada y NADPH+ en su forma reducida) es una coenzima que interviene en numerosas vías anabólicas.

Existen, sin embargo, dos variantes de fotofosforilación: acíclica y cíclica, según el tránsito que sigan los electrones a través de los dos fotosistemas. Las consecuencias de seguir un tipo u otro estriban principalmente en la producción o no de NADPH y en la liberación o no de oxígeno gaseoso. Veamos, antes, qué es la fotofosforilación de modo esquemático.

En la fotofosforilación cíclica, una molécula llamada plastocianina transporta los electrones (e) hasta el fotosistema I, que también posee un centro de reacción y una estructura para la captación de luz. Una vez que el electrón ha excitado el centro de reacción (P700 en el siguiente esquema), los electrones que llegan a PSI son de nuevo impulsados por la energía de la luz a un nivel energético superior y también transportados a través de la nueva cadena de aceptores hasta llegar a una molécula final aceptora. Esta molécula, que capta los electrones, los empleará para convertir el ADP (forma no energética del ATP) y un átomo de fósforo en ATP, esto es, el almacenamiento de energía.

En la fotofosforilación acíclica, el proceso es distinto. Los fotones inciden sobre el PSII, excitando y liberando dos electrones, que pasan al primer aceptor de electrones, la feofitina. Los electrones los repone el primer dador de electrones, el dador Z, con los electrones procedentes de la fotólisis del agua en el interior del tilacoide. Los protones de la fotólisis se acumulan en su interior, y el oxígeno es liberado en forma gaseosa.

Los electrones pasan a una cadena de transporte, que invertirá su energía liberada en la síntesis de ATP. ¿Cómo? La teoría nos lo explica de la siguiente manera: los electrones son cedidos a las plastoquinonas, las cuales captan también dos protones del estroma. Los electrones y los protones pasan al complejo de citocromos bf, que bombea los protones al interior del tilacoide. Se consigue, así, una gran concentración de protones en el tilacoide (entre éstos y los resultantes de la fotólisis del agua).

Por otro lado, los electrones de los citocromos pasan a la plastocianina, que los cede a su vez al PSI. Con la energía de la luz, los electrones son de nuevo liberados y captados por el aceptor. De ahí pasan a través de una serie de moléculas hasta llegar a la ferredoxina (Fd en el esquema). Esta molécula los cede a la enzima NADP+-reductasa, que capta también dos protones del estroma. Con los dos protones y los dos electrones, se reduce un NADP+ en forma de NADPH + H+ (véase el esquema a continuación).

Diagrama que representa la fotofosforilación cíclica. El electrón desplazado en la formación del ATP excita de nuevo el fotosistema I.
Diagrama que representa la fotofosforilación cíclica. El electrón desplazado en la formación del ATP excita de nuevo el fotosistema I.

Este conjunto de procesos son conocidos como fase luminosa. Visto esto, podemos despedirnos hasta el siguiente número, en el que acabaremos de explicar el proceso fotosintético, con la fase oscura y la fotorrespiración. Hasta entonces: ¡salud y muy buenos humos!

Autor: Manel

Sección de comentarios

Publica un comentario

jose antonino

a think that the problem is very big and very hard

16/02/2016

Angie

Muchísimas gracias me hiciste la tarea :D jeje

23/08/2016

victor

igual a mi xD :v

11/01/2018

Isrrael Noguera

Gracias! :v

21/10/2016

El mijin

tankius for la presenteichon very mucho

05/07/2017

Juancho

Muchas gracias por la información para mi tarea de matemáticas xddd

20/10/2017

Miranda

¡Gracias a ti, Juancho! Nos alegra que la información te haya resultado útil.

Saludos.

26/10/2017

ilda

¿cual es la ruta metabólica para la síntesis o almacenamiento de energía en las plantas?

27/11/2017

Miranda

Hola Ilda,

Aquí tienes la siguiente parte del artículo: https://sensiseeds.com/es/blog/la-fotosintesis-fase-oscura/
Esperamos que puedas dar respuesta a tu pregunta.

¡Saludos y Suerte!

04/12/2017

andrick

me gusta mucho gracias por la información me salvaste

08/12/2017

Miranda

Hola Andrick,

¡Muchas gracias por tu comentario! Nos alegra haberte resultado de ayuda y esperamos que sigas poniéndote al día sobre cannabis en el blog de Sensi Seeds. Encontrarás todo tipo de información en sus diferentes secciones: legal, medicinal, cultural, opinión, vídeos, etc.
https://sensiseeds.com/es/blog/

¡Un saludo!

14/12/2017

Lau sali

Gracias me sirvió de mucha ayuda!!

20/03/2018

Miranda

Hola Lau,

¡Gracias a ti! Esperamos que sigas visitando el blog de Sensi Seeds para resolver cualquier otra duda sobre el cannabis, nuestra planta favorita.

¡Saludos!

26/03/2018

Vicky

Cuánto demora el proceso de la fotosintesis del cannabis? En tiempo? Horas?

20/05/2018

Miranda

Hola Vicky,

Para resolver tu duda, que siento decir no ha quedado muy clara, te sugerimos que eches un vistazo a la siguiente parte del artículo sobre la fotosíntesis, dedicada a la fase oscura: https://sensiseeds.com/es/blog/la-fotosintesis-fase-oscura/

¡Saludos y Suerte!

22/05/2018

NEPEGIGAN

muchas gracias del informe por informarme bien hára mi tarea de ingles grax plosx me pueden decir 4 cosas que ocurren en sddta fase luminosa pkase es ´para qie yarea de josérp deñl bolvia por qie tene´,ps ,ar xd xdxxxxxxxxxxd los de bolvia dtenemosa mar djaajascad xz d xzdxdxdx qeu chisddte xDdDdd ASASSA

10/06/2018

Miranda

Hola Amigo/a,

Teniendo en cuenta que tu comentario resulta un tanto ilegible, pero que nos gustaría ayudarte con cualquier consulta, te sugerimos que eches un vistazo a la siguiente parte del artículo sobre la fotosíntesis dedicada a la fase oscura para completar tu información al respecto:
https://sensiseeds.com/es/blog/la-fotosintesis-fase-oscura/

¡Saludos!

15/06/2018

Juan José

I think that this document is very good
Qué documento tan bueno gracias

22/08/2018

Miranda

Hola Juan José,

Nos alegra mucho saber que el artículo te ha resultado interesante. ¡Gracias a ti por leernos! Para saberlo todo sobre la fotosíntesis, aquí tienes al link a la segunda parte de la seria sobre la fase oscura: https://sensiseeds.com/es/blog/la-fotosintesis-fase-oscura/
¡No te lo pierdas!

¡Saludos!

22/08/2018

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