UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL MAULE FACULTAD DE CIENCIAS BÁSICAS FISIOLOGIA VEGETAL

PRACTICO Nº 5: FOTOSINTESIS

La puerta de entrada de la energía proveniente del sol a nuestra biosfera, es el proceso de fotosíntesis. Este proceso que es llevado a cabo por las plantas verdes (y otros organismos qu poseen pigmentos fotosintéticos) consiste en la reducción del CO2 atmosférico por medio de H- liberados del agua. Las radiaciones electromagnéticas provenientes del sol son las que estimulan esta reacción (fotólisis del agua). La planta almacena la energía capturada en forma de enlaces químicos (compuestos orgánicos).Los compuestos carbonados ricos en energía obtenidos por la fotosíntesis, son usados posteriormente como fuente energética para otros procesos en la misma planta y por los demás organismos heterótrofos.

Los vegetales tienen la propiedad de captar fotones de luz y utilizar su energía para elevar el nivel energético o cambiar de órbita a un electrón determinado. De esta manera el electrón pasa de su estado fundamental a un estado excitado. Al retornar a su estado fundamental (el estado excitado tiene una vida muy corta, millonésimas de segundo). El electrón libera el exceso de energía de diversas formas. Las plantas verdes desarrollaron la capacidad de utilizar este exceso para sintetizar carbohidratos.

La clorofila (ubicadas en los tilacoides de los cloroplastos) son los pigmentos que absorben esa energía liberada. Además de las clorofilas a y b, en los cloroplastos se encuentran otros pigmentos accesorios (carotenoides: carotenos y xantofilas), que trasfieren su energía a la clorofila.El espectro visible de la luz solar, está constituido por longitudes de onda entre 400 y 700 nm. Los pigmentos vegetales sólo absorben en algunas longitudes de onda del espectro (clorofila a sólo absorbe a la longitud de onda del rojo y azul).

Este pigmento presenta fluorescencia roja, que deriva de la energía que se libera (que sobra) al volver el electrón a su estado fundamental después de haber sido excitado por un fotón. Esta energía sobrante se pierde como luz y calor.También hay pigmentos vegetales que no participan en la fotosíntesis. Los pigmentos antociánicos determinan el color de las flores y algunos matices de hojas y frutos. Estos pigmentos a diferencia de los carotenoides son hidrosolubles y se encuentran disueltos en el jugo vacuolar. Estas sustancias cambian de color dependiendo del pH de la solución en que se encuentran, siendo ésta la razón de la existencia de una amplia gama de colores en la naturaleza. Características genéticas y condiciones nutricionales y lumínicas son factores que influyen en su producción.

Los pigmentos fotosintéticos están organizados en unidades fotosintéticas en los tilacoides del cloroplasto, los fotosistemas I y II. Estos contienen 200 o 300 moléculas capaces de captar energía y transferirla de una moléculas a otra hasta llegar al centro de reacción, correspondiente a una clorofila que capta longitudes de onda largas (P680 y P700).

El cloroplasto posee además un sistema enzimático que cataliza la reducción del CO2 atmosférico utilizando la energía capturada. Así en el proceso de fotosíntesis pueden distinguirse dos etapas: la fase

clara o reacción de luz (reacción de Hill) y la fase oscura o reacción oscura. En la fase clara, la energía de la luz interviene en la hidrólisis fotolítica del agua con producción de un compuesto estable de alta energía (NADPH) y fosforilaciones acopladas (ATP). La fase oscura es independiente de la luz pero utiliza sus productos para reducir el CO2 atmosférico y formar azúcares. Esta última etapa se lleva a cabo en el estroma del cloroplasto.

Los productos de la fotosíntesis son los azúcares simples; sin embargo, en la mayoría de las plantas verdes (especialmente dicotiledóneas) estos son rápidamente transformados en almidón en el estroma del cloroplasto.

El proceso fotosintético, como cualquier otro proceso fisiológico, es afectado por las condiciones del medio ambiente en el cual ocurre: agua, CO2, luz, nutrientes, temperatura, edad y genética del vegetal.

En una hoja fotosintéticamente activa, durante el día la fotosíntesis en general excede varias veces la respiración. Pero a baja intensidad lumínica (al amanecer, al anochecer), el CO2 perdido por respiración se compensa con el que se fija en el proceso fotosintético. Esa intensidad lumínica (en la que la asimilación compensa la respiración, el intercambio de CO2 es =0) se denomina punto de compensación de la luz.

Las plantas adaptadas a vivir a pleno sol, poseen un punto de compensación de luz más elevado que las habituadas a vivir a la sombra. Este comportamiento se explica por la mayor eficacia del aparato fotosintético de las plantas de sombra y por una menor tasa de respiración.

En la copa de un árbol, en un bosque, la intensidad lumínica en los distintos puntos de la canopia va variando a los largo del día. Las hojas más sombreadas adaptan su aparato fotosintético de tal forma que aún a baja irradiación la asimilación excede la pérdida por respiración.

La etapa fotoquímica de la fotosíntesis no es afectada por la temperatura, sí la etapa bioquímica, ya que en ella intervienen gran cantidad de enzimas. A esta se suma que las bajas temperaturas disminuyen la difusión del CO2 en la fase acuosa de los tejidos.

La fotorespiración es un proceso por el cual algunos vegetales liberan CO2 y consumen O2 en presencia de luz. Se diferencia de la respiración oscura en que ocurre solo a la luz y no aporta energía. Para la planta significa una pérdida de carbono y de energía cuya función metabólica aún no es entendida. Cuando disminuye la concentración de CO2, disminuye la fotosíntesis hasta un punto en que la fijación de CO2 iguala a la pérdida producida por la fotorespiración y la respiración oscura. La concentración de CO2 en la que se compensan la fijación y la pérdida.

Actividad: Fotosíntesis en discos de hojas

Objetivo: Determinar como las condiciones ambientales (luz) afectan la fotosíntesis en discos de hoja

Procedimiento

- Prepare una solución de carbonato de sodio (0,2M)- Observe con detención el esquema y proceda a trabajar como se indica a continuación:

1. Con un sacabocado corte 4 discos de hoja y déjelos apilados (1).2. Quite de la jeringa el émbolo, tapa y aguja (2).3. Deposite los discos de hoja en el interior de la jeringa. Luego ponga el émbolo y presione

suavemente hasta dejar 1 cm de aire sin que los discos de hoja se quebrajen (2)4. Ponga la punta de la jeringa en la solución de carbonato de sodio. Tire el émbolo hasta tomar 4

ml de la solución.5. Cambie de posición la jeringa, dejándola con la punta hacia arriba. Presione el émbolo con el

objeto de eliminar cualquier resto de aire en el interior de la jeringa (4).6. Ponga el dedo en el orificio de la punta y tire hacia atrás el émbolo. Repita esto suavemente

varias veces. Esto creará un vacío en la solución que irá sacando el aire (O2) de los discos. Los discos se deben ir al fondo de la jeringa después de esta operación. Golpee suavemente por un lado de la jeringa hasta que ellos se hundan (5).

7. Ponga la jeringa boca arriba bajo luz fluorescente. Los discos deben estar a aproximadamente 5 cm de la luz (6).

8. Registre el tiempo transcurrido hasta que los discos flote en la superficie.9. Registre el tiempo que tardan los discos en bajar.10. Después que todos los discos han bajado, ponga la jeringa a 10-20 cm de la fuente de luz y

vuelva a repetir la experiencia desde el paso 9 al 11.