FOTOSINTESIS Y RESPIRACIÓN CELULAR

 

Para empezar recordemos en qué consisten las 2 fases del metabolismo: Anabolismo: que es proceso mediante el cual se realizan las reacciones de síntesis de los compuestos necesarios para el crecimiento y desarrollo de células y tejidos.

El catabolismo que es el conjunto de reacciones que permiten la liberación de energía contenida en las Biomoléculas, necesarias para las funciones del organismo, por lo tanto la fotosíntesis es un proceso anabólico y la respiración es un proceso catabólico.

 

FOTOSINTESIS:

            La construcción de Biomoléculas exclusivas solo pueden llevarla a cabo los seres vivos a partir de la captura de determinadas sustancias del medio en el que viven: Muchos de ellos solo pueden nutrirse a expensas de la indigestión de otros seres vivos, mientras que otros son capaces de elaborar sus propios nutrientes y los de los demás. La vida  en nuestro planeta depende de la función de determinados organismos muy especiales, que son capaces de fabricar sus propios compuestos orgánicos a partir de la luz solar y de nutrientes inorgánicos que obtienen del suelo y del ambiente. Se trata de las plantas verdes y de ciertas algas que realizan la fotosíntesis, por lo cual se les llama organismos foto sintetizadores  o fototrofos, estos tienen la capacidad de absorber la energía de la luz del sol y transformarla en otro tipo de energía que permite formar glúcidos y otras moléculas orgánicas que pasan a constituir sus tejidos. Estos tejidos sirven de alimento a los seres vivos no fotosintetizadores (Heterótrofos).

            La fotosíntesis por lo tanto, es un proceso químico por el cual los vegetales verdes, algunas algas y determinadas bacterias captan la energía luminosa que procede del sol y la convierte en energía química. Las plantas poseen un pigmento de color verde llamado clorofila, que se encuentra en los cloroplastos de la célula, este pigmento posee la capacidad de absorber la energía de la luz solar y cederla para la elaboración o síntesis de carbohidratos como la glucosa, a partir de dos compuestos disponibles en el medio ambiente: agua y dióxido de carbono. Además en este proceso se produce Oxígeno que es liberado a la atmosfera, hecho de fundamental importancia para la vida, ya que mantiene el vital elemento en el medio ambiente y permite el desarrollo de la respiración de todos los seres vivos.

De la fotosíntesis depende la oxigenación del planeta y la alimentación de todos los organismos: los herbívoros en forma directa y los carnívoros y carroñeros en forma indirecta, este proceso es un factor fundamental en el equilibrio vital de la Biosfera. A partir de la glucosa obtenida por la fotosíntesis se forma almidón, celulosa y otros carbohidratos esenciales en la constitución de las plantas. Por medio de este conjunto de reacciones también se elaboran otras sustancias orgánicas, como las proteínas y los lípidos que las células vegetales necesitan para vivir, crecer y reproducirse.

La fotosíntesis se lleva a cabo en los cloroplastos de las células vegetales, dentro de estos se encuentran los tilacoides, que son sacos o vesículas aplanadas inmersas en una solución llamada estroma.

En la membrana de los tilacoides se haya los pigmentos fotosintéticos, como la clorofila, carotenos y la xantofila, en su interior se realizan la captación de la luz de la fotosíntesis.

Las pilas de tilacoides forman el grana de los cloroplastos.

FASES DE LA FOTOSÍNTESIS

 

            La fotosíntesis consta de 2 fases: Fotoquímica y Bioquímica. La fase fotoquímica también se denomina lumínica y ocurre en los tilacoides del  cloroplasto, donde la energía de la luz solar captada por la clorofila se almacena en 2 moléculas: ATP y NADH, estas 2 moléculas son las encargadas de transformar el agua y el CO₂  en compuestos orgánicos reducidos, como la glucosa, con liberación de Oxígeno. En esta fase lumínica donde se produce la descomposición del agua y se liberan electrones.

 

La fase Bioquímica es la fase de fijación del CO₂ se desarrolla en el estroma del cloroplasto, donde el ATP y el NADPH son utilizados en la asimilación del CO₂ atmosférico para la producción de sustancias, principalmente glucosa. El ATP es una molécula que almacena bastante energía, pertenece al grupo de los nucleótidos, formados por una base nitrogenada (adenina), un monosacárido de cinco carbonos (Ribosa) y un grupo fosfato con enlaces de alta energía. A través de un proceso catabólico, es decir mediante la transformación  de moléculas complejas en otras más sencillas, se libera la energía almacenada en los enlaces fosfato.

El mecanismo de la fotosíntesis se resume  de la siguiente manera:

·         Las hojas captan la energía lumínica del sol gracias a la clorofila, pigmento verde presente en los tilacoides de los cloroplastos de las células vegetales.

·         El dióxido de Carbono de la atmosfera penetra en los estomas de las hojas.

·         Las raíces absorben agua y sales minerales (savia bruta) que llega a las hojas a través del tallo.

·         El Hidrogeno y el Oxígeno del agua se combinan con el dióxido de Carbono y originan glucosa y Oxígeno. Este último se desprende hacia la atmosfera.

·         Las plantas aprovechan la glucosa como alimento y guardan una parte como reserva.

FACTORES QUE INFLUYEN EN LA FOTOSINTESIS.

TEMPERATURA: Regularmente a mayor temperatura, mayor actividad fotosintética se produce, hasta que llega a un punto máximo, superando el cuál se pueden desnaturalizar algunas enzimas. La temperatura óptima varía de unas especies a otras.

CONCENTRACIÓN DE DIOXIDO DE CARBONO: a mayor concentración de Dióxido de Carbono, mayor actividad fotosintética, hasta que se llega a un punto en el que se estabiliza.

CONCENTRACIÓN DE OXIGENO: Al aumentar la concentración de Oxigeno, baja el rendimiento de la fotosíntesis debido a la fotorrespiración.

INTENSIDAD LUMINOSA: En general a mayor intensidad luminosa mayor actividad fotosintética, pero cada especie está adaptada a unos niveles de iluminación óptima, de intensidad variable; si se sobrepasan esos niveles, se llega a la saturación lumínica, donde incluso, podrían deteriorarse los pigmentos fotosintéticos.

COLOR DE LA LUZ: El mejor es el que absorbe (y no refleja) la clorofila.

 

RESPIRACIÓN CELULAR:

            Los seres vivos requieren de un consumo constante de energía, la respiración celular proceso que llevan a cabo la mayoría de las células animales y vegetales, implica la degradación de biomoleculas (glucosa, lípidos y proteínas) en moléculas más sencillas, con lo cual se produce la liberación de energía necesaria a las células, de manera que el organismo pueda realizar sus funciones vitales. Parte de esa energía es utilizada para sintetizar ATP, que es empleado en procesos anabólicos, para el mantenimiento y el desarrollo, resulta sorprendente que en cuatro de los cinco reinos de los seres vivos, el metabolismo sea similar, excepto en los procariontes, la respiración está presente en todos.

La respiración consiste en la degradación de la glucosa o glucolisis por oxidación del ácido pirúvico a dióxido de Carbono y agua, mediante la glucolisis se forma ácido pirúvico. Este ácido se desdobla a dióxido de carbono y agua y se generan 36 moléculas de ATP.

            El proceso de la respiración celular es parte del catabolismo, y, mediante sus reacciones, es liberada en forma controlada la energía contenida en distintas biomoleculas, se oxidan nutrientes de los alimentos y con ello se libera la energía. Como resultado el Carbono presente en dichos nutrientes queda oxidado y se transforma en Dióxido de Carbono que es eliminado hacia la atmosfera.

Existen 2 tipos de respiración celular según se requiera o no el oxígeno: Aerobia y anaerobia, respectivamente, en la aerobia o aeróbica, el oxígeno es el aceptor último de los electrones desprendidos de las sustancias orgánicas, es la forma más extendida de la respiración, propia de la mayoría de las bacterias y de los organismos eucariotas, a los cuales, como requieren oxígeno, se les considera aerobios, en la respiración anaeróbica anaerobia no interviene el Oxígeno, sino que se emplean otros aceptores finales de electrones, generalmente minerales, esta es propia de algunos procariontes, los cuales se consideran anaerobios, comúnmente habitantes de suelos y de sedimentos, que desempeñan una importante función en los ciclos biogeoquímicos de los elementos. Existen especies de bacterias que son consideradas como facultativas por que se adaptan y sobreviven ante la presencia o la ausencia de Oxígeno en el medio que las rodea.

En la respiración celular es fundamental el intercambio gaseoso a fin de que se obtenga el Oxígeno. Los animales lo toman de la atmosfera a través de de órganos especializados (pulmones, branquias), los vegetales lo hacen mediante aparatos denominados estomas, ubicados en las hojas. La respiración se efectua durante las 24 horas.

            La cantidad de Oxígeno que los vegetales absorben de la atmosfera a raíz de este intercambio es menor que la que desprenden al efectuar la fotosíntesis, el dióxido de Carbono también es menor que la cantidad que absorben.

Durante la noche momento en que los vegetales no realizan la fotosíntesis, ocurre lo contrario. Mientras que la fotosíntesis provee los carbohidratos necesarios para las plantas, la respiración celular es el proceso donde la energía contenida en esos compuestos es liberad de manera controlada. En la respiración aeróbica, la degradación de la glucosa comprende una serie de reacciones.

La respiración celular se lleva a cabo dentro de las mitocondrias, procesan el Oxígeno y convierten los carbohidratos, ácidos grasos y proteínas de los alimentos en Energía.

            Los vegetales realizan el intercambio de gases con  la atmosfera a través de los estomas, el termino proviene del vocablo griego stoma que significa boca, cada uno está constituido por dos grandes células oclusivas rodeadas de células acompañantes, que dan lugar a pequeños poros en las hojas de las plantas, se localizan en ambas caras de la hoja, aunque en general se encuentran en mayor cantidad en la cara inferior (envés). La separación que se produce entre las dos células regula el tamaño total del poro. El Oxígeno y el dióxido de carbono intercambiados con la atmosfera a través de estos poros, permiten el desarrollo de los procesos de fotosíntesis y respiración en las plantas, su apertura también provoca la salida de agua en forma de vapor, por el mecanismo de la transpiración, la cual está condicionada por factores ambientales como la luz, concentración de Dióxido de Carbono, la disponibilidad de agua en el medio, entre otros; por ejemplo los estomas se abren cuando la intensidad de la luz aumenta y se cierran cuando disminuye.

 

COMPARACIÓN ENTRE FOTOSINTESIS Y RESPIRACIÓN CELULAR.

FOTOSINTESIS	RESPIRACIÓN
Se realiza donde hay clorofila	Se realiza en las partes vivas del vegetal
Libera Oxígeno a la atmosfera	Consume Oxígeno del aire
Consume agua	Libera agua
Se producen alimentos	Elimina dióxido de carbono
Consume y almacena energía	Libera Energía
Se efectúa en los tilacoides de los cloroplastos	Se realiza en las mitocondrias
Solo se realiza en presencia de luz	Tiene lugar las 24 horas del día
Transforma la energía luminosa en energía química en forma de ATP	Transforma la energía química en calor y en energía aprovechable.

 

SIMILITUDES ENTRE LOS DOS PROCESOS.

·         Tanto la fotosíntesis como la respiración celular ocurren dentro de organelos

·         En ambos procesos siempre están presentes componentes inorgánicos como: Oxigeno, dióxido de carbono y agua.

·         Las dos requieren compuestos orgánicos (glucosa y otras moléculas)

·         Está presente la energía en forma de ATP.