Definición de fotosíntesis:

Proceso mediante el cual las plantas capturan la luz solar para sintetizar compuestos ricos en energía, como glucosa, a partir de agua y dióxido de carbono. Proceso natural de singular importancia y altamente complejo en virtud de la cual las plantas verdes sintetizan compuestos orgánicos de anhídrido carbónico y agua en asociación con clorofila, bajo la acción de la luz del sol.

Definición de respiración:

Proceso fisiológico por el cual los organismos vivos toman oxígeno del medio circundante y desprenden dióxido de carbono. El término respiración se utiliza también para el proceso de liberación de energía por parte de las células, procedente de la combustión de moléculas como los hidratos de carbono y las grasas. El dióxido de carbono y el agua son los productos que rinde este proceso, llamado respiración celular, para distinguirlo del proceso fisiológico global de la respiración. La respiración celular es similar en la mayoría de los organismos, desde los unicelulares, como la ameba y el paramecio, hasta los organismos superiores.

Definición del metabolismo:

El metabolismo celular da cuenta de los diversos procesos que se llevan a cabo dentro de la célula y que tienen como finalidad su nutrición, crecimiento y reproducción. La célula en este sentido es capaz de establecer relaciones con el medio en el que se desarrolla con la finalidad de obtener elementos beneficiosos para la misma, beneficio que se trasunta en un mantenimiento de todas las estructuras existentes. El metabolismo es este intrincado proceso que posibilita que la célula se mantenga siempre diferenciada de medio y a la vez en relación con el

mismo; dicho proceso se entiende desde dos perspectivas, el catabolismo y el anabolismo.

Pigmentos Fotosintéticos

El término 'pigmento' es utilizado para describir una molécula que absorbe luz y presenta un color. Las plantas contienen una gran variedad de pigmentos que dan lugar a los colores que en ellas observamos. Obviamente, las flores y los frutos contienen muchas moléculas orgánicas que absorben luz. Las hojas, tallos, y raíces también contienen muchos pigmentos, que incluyen las antocianinas, flavonoides, flavinas, quinonas y citocromos. Sin embargo, ninguno de éstos debe ser considerado como un pigmento fotosintético. Los pigmentos fotosintéticos son los únicos que tienen la capacidad de absorber la energía de la luz solar y hacerla disponible para el aparato fotosintético. En las plantas terrestres hay dos clases de pigmentos fotosintéticos: las clorofilas y los carotenoides.

La capacidad de las clorofilas y los carotenoides para absorber la luz del sol y utilizarla de manera efectiva está relacionada con su estructura molecular y su organización dentro de la célula. Hemos aprendido en una lección previa (La Interacción de la Luz con las Biomoléculas) que los pigmentos absorben la energía de los fotones a través de sus sistemas de enlaces dobles conjugados. Examine las estructuras de las moléculas de una clorofila y un carotenoide mostradas en las Figuras: Estructuras A y B. Observe los sistemas lineales de enlaces dobles conjugados de los carotenoides (luteina, en este ejemplo) y la estructura de zig-zag de los enlaces dobles en la molécula de clorofila. Estos sistemas de enlaces dobles conjugados son los que confieren a

dichas moléculas la capacidad de absorber la energía de los fotones.

Etapas de la fotosíntesis

La fotosíntesis se realiza en dos etapas: una serie de reacciones que dependen de la luz y son independientes de la temperatura, y otra serie que dependen de la temperatura y son independientes de la luz. La velocidad de la primera etapa, llamada reacción lumínica, aumenta con la intensidad luminosa (dentro de ciertos límites), pero no con la temperatura. En la segunda etapa, llamada reacción en la oscuridad, la velocidad aumenta con la temperatura (dentro de ciertos límites), pero no con la intensidad luminosa.

REACCIÓN LUMINICA

La primera etapa de la fotosíntesis es la absorción de luz por los pigmentos. La clorofila es el más importante de éstos, y es esencial para el proceso. Captura la luz de las regiones violeta y roja del espectro y la transforma en energía química mediante una serie de reacciones. Los distintos tipos de clorofila y otros pigmentos, llamados carotenoides y ficobilinas, absorben longitudes de onda luminosas algo distintas y transfieren la energía a la clorofila A, que termina el proceso de transformación. Estos pigmentos accesorios amplían el espectro de energía luminosa que aprovecha la fotosíntesis.

La fotosíntesis tiene lugar dentro de las células, en orgánulos llamados cloroplastos que contienen las clorofilas y otros compuestos, en especial enzimas, necesarios para realizar las distintas reacciones. Estos compuestos están organizados en

unidades de cloroplastos llamadas tilacoides; en el interior de éstos, los pigmentos se disponen en subunidades llamadas fotosistemas. Cuando los pigmentos absorben luz, sus electrones ocupan niveles energéticos más altos, y transfieren la energía a un tipo especial de clorofila llamado centro de reacción.

En la actualidad se conocen dos fotosistemas, llamados I y II. La energía luminosa es atrapada primero en el fotosistema II, y los electrones cargados de energía saltan a un receptor de electrones; el hueco que dejan es reemplazado en el fotosistema II por electrones procedentes de moléculas de agua, reacción que va acompañada de liberación de oxígeno. Los electrones energéticos recorren una cadena de transportede electrones que los conduce al fotosistema I, y en el curso de este fenómeno se genera un trifosfato de adenosina o ATP, rico en energía. La luz absorbida por el fotosistema I pasa a continuación a su centro de reacción, y los electrones energéticos saltan a su aceptor de electrones. Otra cadena de transporte los conduce para que transfieran la energía a la coenzima dinucleotido fosfato de nicotinamida y adenina o NADP que, como consecuencia, se reduce a NADPH2. Los electrones perdidos por el fotosistema I son sustituidos por los enviados por la cadena de transporte de electrones del fotosistema II. La reacción en presencia de luz termina con el almacenamiento de la energía producida en forma de ATP y NADPH2.

2. REACCIÓN EN LA OSCURIDAD

La reacción en la oscuridad tiene lugar en el estroma o matriz de los cloroplastos, donde la energía almacenada en forma de ATP y

NADPH2 se usa para reducir el dióxido de carbono a carbono orgánico. Esta funciónse lleva a cabo mediante una serie de reacciones llamada ciclo de Calvin, activadas por la energía de ATP y NADPH2. Cada vez que se recorre el ciclo entra una molécula de dióxido de carbono, que inicialmente se combina con un azúcar de cinco carbonos llamado ribulosa 1,5-difosfato para formar dos moléculas de un compuesto de tres carbonos llamado 3-fosfoglicerato. Tres recorridos del ciclo, en cada uno de los cuales se consume una molécula de dióxido de carbono, dos de NADPH2 y tres de ATP, rinden una molécula con tres carbonos llamada gliceraldehído 3-fosfato; dos de estas moléculas se combinan para formar el azúcar de seis carbonos glucosa. En cada recorrido del ciclo, se regenera la ribulosa 1,5-difosfato.

Por tanto, el efecto neto de la fotosíntesis es la captura temporal de energía luminosa en los enlaces químicos de ATP y NADPH2 por medio de la reacción en presencia de luz, y la captura permanente de esa energía en forma de glucosa mediante la reacción en la oscuridad. En el curso de la reacción en presencia de luz se escinde la molécula de agua para obtener los electrones que transfieren la energía luminosa con la que se forman ATP y NADPH2. El dióxido de carbono se reduce en el curso de la reacción en la oscuridad para convertirse en base de la molécula de azúcar. La ecuación completa y equilibrada de la fotosíntesis en la que el agua actúa como donante de electrones y en presencia de luz es:

6 CO2 + 12H2O → C6H12O6 + 6O2 + 6H2O

La respiración celular

Definición

Es el proceso más importante dentro de la célula que constituya una serie de reacciones de óxido reducción, obteniendo energía a través de la degradación de sustancia orgánica como por ejemplo la glucosa.

Respiración celular aeróbica

Es un proceso por el cual las células aeróbicas obtienen energía a partir de la oxidación de los carbohidratos (azúcares), este proceso hace uso de oxígeno.

La respiración aeróbica incluye la glucólisis y el ciclo de Krebs.

Características:

Es una vía que requiere de la presencia de Oxígeno molecular.

Ocurre en la mitocondria de la célula

Oxida al acido pirúvico convirtiéndole en agua y tres moléculas de CO2

En el proceso se gastan 36 moléculas de ATP

Respiración celular anaeróbica

Es un proceso por el cual las células anaeróbicas realizan su degradación en ausencia de oxígeno de la molécula de glucosa, produciendo una oxidación incompleta de la glucosa.

Características:

Es una vía metabólica usada por las células

No requiere de oxigeno

Se lleva a cabo en el citosol

En el proceso se gastan 2 moléculas de ATP

La respiración anaeróbica incluye la glucólisis y la fermentación; en la fermentación de las células anaeróbicas, podemos encontrar de 2 formas:

Las levaduras son organismos anaeróbicos facultativos, que significa que pueden vivir sin oxígeno. Cuando hay oxígeno lo utilizan para la respiración, es decir para oxidar la glucosa completamente y así obtener ATP. En condiciones de anaerobiosis, las cepas de Sacharomyces cerevisae (levaduras de la panificación) y otras especial de levaduras transforman la glucosa en ácido pirúvico, siguiendo la secuencia de reacciones de la glucólisis. Este proceso es común e la mayoría de los seres vivientes; pero aquí radica lo específico de estas levaduras, son capaces de proseguir la degradación de pirúvico hasta etanol, mediante el siguiente proceso:

Fermentación alcohólica: Este proceso se realiza en las levaduras, las levaduras son microorganismos unicelulares que consiguen su energía por medio de la fermentación alcohólica, en la que rompen las moléculas de glucosa para obtener energía para así poder sobrevivir y producen alcohol como consecuencia de la fermentación. De la fermentación alcohólica se obtiene muchos productos como por ejemplo: vino, cerveza, alcohol, pan, etc.

Fermentación láctica: Este proceso se realiza en muchas bacterias, también en algunos protozoos y en el músculo esquelético humano. La fermentación láctica consiste en la producción de acido láctico a partir de glucosa procedente de la lactosa de la leche. La lactosa, al fermentar, produce energía que

es aprovechada por las bacterias y el ácido láctico es eliminado. Las bacterias lácticas homofermentativas producen únicamente acido láctico y las heterofermentativas producen además etanol, diacetilo y CO2. las bacterias lácticas intervienen en la fabricación del queso, yogurt, etc.

La respiración aeróbica:

es un tipo de metabolismo energético en el que los seres vivos extraen energía de moléculas orgánicas, como la glucosa, por un proceso complejo en el que el carbono es oxidado y cuando llega a la mitocondria se mezcla con el agua haciendo un compuesto químico llamado Glucosticko en el que el oxígeno procedente del aire es el oxidante empleado. En otras variantes de la respiración, muy raras, el oxidante es distinto del oxígeno (respiración) y luego las membranas mitocondriales, siendo en la matriz de la mitocondria donde se une a electrones y protones (que sumados constituyen átomos de hidrógeno) formando

agua. En esa oxidación final, que es compleja, y en procesos anteriores se obtiene la energía necesaria para la fosforilación del ATP.