¿Qué diferencia existe entre la fotosíntesis que realiza un nopal y el maíz?
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¿Qué diferencia existe entre la fotosíntesis que realiza un
nopal y el maíz?
•Fotosíntesis del nopal• modelo de fotosíntesis CAM• Crassulacean acid metabolism, que en
castellano significa Metabolismo ácido de las crasuláceas.
• se caracterizan por presentar carboxilaciones separadas en el tiempo, es decir absorben el CO2 durante la noche y realizan fotosíntesis durante el día.
• 1. Las plantas CAM fijan el CO2 en forma de malato solamente, durante la noche cuando la temperatura desciende y por lo tanto la pérdida de agua por evapotranspiración es mínima.
• 2. El aceptor del CO2 para su posterior fijación en malato es el fosfoenolpiruvato (PEP)
.
• 3. El PEP sufre una carboxilación por la enzima PEP–carboxilasa, la cual lo convierte en oxaloacetato. Este oxaloacetato va a reaccionar con el CO2, y mediante el empleo de una molécula de NADPH se convierte en malato.
• Durante la descarboxilación es importante que la PEP carboxilasa esté regulada para evitar un ciclo fútil, en el cual el CO2 liberado por la descarboxilación sea nuevamente fijado para formar malato. En ciclo fútil implica un coste energético que no produce productos útiles para la planta.
• En la regulación de la PEP carboxilasa intervienen los estomas de las plantas CAM, se abren los estomas durante la noche para permitir la fijación de CO2 en malato, y posteriormente se cierran durante el día evitando la evapotranspiración.
• La fotosíntesis CAM es propia de plantas adaptadas a temperaturas extremas y ambientes secos, tales como un desierto o los polos terrestres. En estos medios el día suele ser sumamente caluroso y la noche muy fría, y al ser pobre el abastecimiento de agua las plantas que tengan que absorber CO2 durante el día perderían grandes cantidades de agua por evapotranspiración.
•
•Fotosíntesis del maíz • La fotosíntesis C4 es una adaptación en las
plantas que habitan en climas cálidos y áridos. • 1. Las plantas C4 fijan inicialmente el CO2 en las
células mesófilas formando compuestos de 4 carbonos.
• 2. Liberan el CO2 en las células de la vaina del haz vascular. De tal manera, se presenta requerimiento adicional de ATP por cada unidad de dióxido de carbono utilizado por esta ruta.
• Células envainadas del clorenquima en lugar de capas normales para reducir la transpiración y mejorar el aislamiento de las células internas húmedas, fuera de la atmósfera caliente.
• 3. El CO2 atrapado durante la noche provoca una reacción de carboxilasa en la planta. De este modo.
• 4. El CO2 es convertido en ácidos orgánicos. • 5. Durante el día, cuando los estomas están
cerrados, el CO2 es transferido a la ruta normal C3.
• La captura del CO2 en las plantas C4: • 1. comienza en la reacción del CO2 con el ácido
fosfoenol pirúvico (PEP), catalizada por la enzima PEP-carboxilasa , con la formación de ácido oxalacético (OAA).
• 2. El OAA se convierte a ácidos málico o aspártico (C4).
• 3. Luego son transportados desde las células del mesófilo, hacia las células de la vaina amilífera.
• 4. En las células de la vaina, el ácido málico (C4) es descarboxilado, produciéndose CO2 y ácido pirúvico (C3).
• 5. Luego el CO2 entra al Ciclo de Calvin y el ácido pirúvico se convierte en PEP que retorna a las células del mesófilo.
Plantas C3 La ruta metabólica C3 se encuentra en los organismos
fotosintéticos como las cianobacterias, algas verdes y en la mayoría de las plantas vasculares
Las vías C4 y CAM involucran mecanismos especializados para la concentración y transporte del CO2 a los sitios de fijación por RUBISCO (vía C3), pagando un precio extra en términos de ATP por unidad de CO2 fijado, sin presentar ninguna mejora bioquímica en términos de la eficiencia de RUBISCO sobre la vía C3
La respuesta se relaciona con la presión selectiva que ejercen ciertos ambientes en cuanto a la relación CO2 fijado vs. H2O transpirada o Eficiencia en el Uso del Agua (EUA). Bajo condiciones ambientales favorables una planta C3 pierde por los estomas aproximadamente 100 moléculas de H2O por molécula de CO2 . En zonas con aporte constante de agua este hecho no representa un problema pero en regiones áridas y semiáridas si llega a serlo.
Dado que la planta (a través de la actividad estomática) responde finamente al balance entre CO2 ganado/H2O perdida, aquellas condiciones que lleven a un balance desfavorable como alta temperatura e irradiación, alto déficit de presión de vapor entre mesófilo y atmósfera, aporte limitado de agua por el suelo o conductividad eléctrica muy alta en la solución de agua del suelo, tenderán al incremento en la restricción difusiva del agua con el cierre estomático parcial o total. Sin embargo dicho cierre estomático también impacta negativamente la difusión de CO2 lo cual se traduce en aumento en la actividad fotorespiratoria de la planta, cosa que no ocurre en las plantas C4 o CAM.
Plantas C4
Se trata de vías alternativas de fijción de CO2 conocidas como plantas que bombean CO2 o plantas C4. La última denominación hace referencia al primer intermediario que se detecta (molécula de 4 átomos de carbono)
El principal problema ecofisiológico en las plantas C4 al vivir en zonas áridas, cálidas y semiáridas es que debido a las altas temperaturas, la concentración efectiva de CO2 en el mesófilo es baja, puesto que la atmósfera también lo es. Existen otras barreras, sobre todo la apertura estomática, que limita el flujo de CO2 hacia la rubisco
Mantener los estomas abiertos para que pueda penetrar el CO2 supondría un coste elevado en pérdida de agua por transpiración
Para solucionarlo han desarrollado un sistema que permite fijar rápidamente CO2 en forma de ácido málico o ácido aspártico para liberarlo después en el entorno de la rubisco
Anatomía foliar En las plantas C4 se ha desarrollado una anatomía particular
en el mesofilo, conocida como anatomía Kranz: las células del mesófilo en lugar de formar el parénquima lagunar y el empalizda de las C3, se asocia alrededor de los haces vasculares formando una vaina espesa de células clorofílicas grandes con los cloroplastos dispuestos en la periferia y paredes atravesadas por plasmodesmos. Rodeando los haces vasculares se encuentran unas células clorofílicas mas pequeñas llamadas células de la vaina
Las células de vaina no contienen tilacoides granales y así los cloroplastos del mesófilo contienen los fotosistemas I y II, generando ATP y NADPH, mientras que los de las células de vaina solo contienen al fotosistema I
Comparado con la disposición atómica C3, así se genera una mayor proporción de espacio aéreo dentro de la hoja alrededor de las células del mesófilo y un contacto mas directo entre las células de la vaina y el floema, facilitando la difusión de CO 2 y el flujo del C en forma de CO 2 en el espacio
Se trata de una diferenciación espacial para que el rendimiento de la rubisco sea óptimo
En las células de vaina hay ribulosa fosfato carboxilasa, a diferencia que en las células del mesófilo que no la hay, anulando la competencia por la actividad oxigenasa, evitando la producción de biomasa
¿Cuáles son los factores que influyen ¿Cuáles son los factores que influyen en la fotosíntesis ?en la fotosíntesis ?
La fotosíntesis puede verse afectada por diversos La fotosíntesis puede verse afectada por diversos factores, tanto internos como externos o ambientales.factores, tanto internos como externos o ambientales.
1. Factores internos:1. Factores internos:Se deben principalmente a la estructura de la hoja, es Se deben principalmente a la estructura de la hoja, es decir, en las hojas influye el grosor de la cutícula, la decir, en las hojas influye el grosor de la cutícula, la epidermis, el número de estomas y los espacios entre epidermis, el número de estomas y los espacios entre las células del mesófilo. Estos factores influyen las células del mesófilo. Estos factores influyen directamente en la difusión del CO2 y O2 y también directamente en la difusión del CO2 y O2 y también en la pérdida de agua.en la pérdida de agua.Cuando la actividad fotosintética es alta se produce Cuando la actividad fotosintética es alta se produce mucha glucosa, la cual es almacenada como almidón mucha glucosa, la cual es almacenada como almidón en los cloroplastos, esto inhibe las reacciones en los cloroplastos, esto inhibe las reacciones fotosintéticas igualmente influye la concentración y fotosintéticas igualmente influye la concentración y disponibilidad de nutrientes.disponibilidad de nutrientes.
2. Factores externos:2. Factores externos:
Los principales factores externos que afectan a la Los principales factores externos que afectan a la fotosíntesis son:fotosíntesis son:La luz: puede afectar la fotosíntesis por tres de sus La luz: puede afectar la fotosíntesis por tres de sus propiedades: calidad, cantidad y duración. La luz propiedades: calidad, cantidad y duración. La luz blanca contiene todo el espectro visible y la calidad blanca contiene todo el espectro visible y la calidad de luz necesaria para estimular los pigmentos de luz necesaria para estimular los pigmentos fotosintéticos. La cantidad de luz se refiere a la fotosintéticos. La cantidad de luz se refiere a la intensidad luminosa. Cuando ésta aumenta la intensidad luminosa. Cuando ésta aumenta la fotosíntesis también lo hace , pero si la intensidad fotosíntesis también lo hace , pero si la intensidad de la luz es excesiva esta frena el proceso de la luz es excesiva esta frena el proceso fotosintético. La duración de la luz , es decir las fotosintético. La duración de la luz , es decir las horas de exposición a la luz durante el día, son horas de exposición a la luz durante el día, son también un factor importante para la fotosíntesis .también un factor importante para la fotosíntesis .
En invierno, por ejemplo, la menor En invierno, por ejemplo, la menor cantidad de luz reduce la tasa cantidad de luz reduce la tasa fotosintética, por lo que las plantas fotosintética, por lo que las plantas consumen sus reservas.consumen sus reservas.La disponibilidad de agua:La disponibilidad de agua: este factor este factor afecta cuando las células fotosintéticas afecta cuando las células fotosintéticas sufren deficiencias. Corresponde sufren deficiencias. Corresponde principalmente al agua absorbida por principalmente al agua absorbida por las raíces.las raíces.La temperatura:La temperatura: es un factor ambiental es un factor ambiental muy variable; como los anteriores muy variable; como los anteriores puede variar durante el día o a lo largo puede variar durante el día o a lo largo de un año.Los diferentes climas hacen de un año.Los diferentes climas hacen variar la temperatura. Existen plantas variar la temperatura. Existen plantas de zonas frías que pueden realizar de zonas frías que pueden realizar fotosíntesis a 0ºC y otras adaptadas a fotosíntesis a 0ºC y otras adaptadas a altas temperaturas ( como las plantas altas temperaturas ( como las plantas del desierto o plantas C4) que producen del desierto o plantas C4) que producen fotosíntesis entre los 15 y 35º C.fotosíntesis entre los 15 y 35º C.
La manera como las plantas convierten el agua y el dióxido de carbono en glucosa se denomina fotosíntesis. Este proceso tiene lugar fundamentalmente en las hojas, gracias a una molécula denominada clorofila. La clorofila es verde, y es la responsable del color verde de las plantas.
Cuando el verano acaba y llega el otoño, los días se hacen cada vez más cortos y la luz es cada vez menos intensa.
En invierno no hay la suficiente luz o agua como para hacer la fotosíntesis. Los árboles descansarán y vivirán con el alimento que almacenaron durante el verano.
Durante la primavera y el verano, las hojas obtienen su tono verde de la clorofila, el pigmento que les ayuda a captar la energía de la luz del Sol. En Otoño, los árboles sintetizan la clorofila y reabsorben en sus tejidos parte de sus componentes.
La idea generalizada es que los colores del otoño se deben a pigmentos residuales. Las hojas amarillas obtienen su color de un tipo de pigmentos llamados carotenoides.
El proceso biológico más importante de la Tierra es la fotosíntesis de las plantas verdes.
La vida en la Tierra está casi completamente impulsada por el sol, y prácticamente todos los organismos dependen en última instancia del alimento producido por medio de la fotosíntesis, la cual utiliza la energía solar.
•Es responsable de la producción de toda la materia orgánica que conocemos.
•Proporciona el suministro de alimentos a prácticamente todos los seres vivos, animales, protistas, hongos y bacterias
•Produce la transformación de la energía luminosa en energía química, necesaria y utilizada por los seres vivos
•En la fotosíntesis se libera oxígeno, un gas que es usada por la mayoría de los eres vivos en la respiración.
•La fotosíntesis fue causante del cambio producido en la atmósfera primitiva, que era anaerobia y reductora, posibilitando la aparición de la vida.
•De la fotosíntesis depende también la energía almacenada en combustibles fósiles como carbón, petróleo y gas natural.
Gracias a estos procesos naturales efectuados por la planta se mantiene el equilibrio de las cantidades de dióxido de carbono y oxígeno que flotan en la atmósfera.
Se ha podido identificar que en el rendimiento de la fotosíntesis influyen principalmente estos factores:
• Concentración de CO2: si la intensidad lumínica es elevada y constante, el proceso fotosintético aumenta en relación directa con la concentración de CO2 en el aire, hasta estabilizarse
Concentración de O2: si la concentración de oxígeno en el aire es mayor, menor es el rendimiento fotosintético debido a los procesos de fotorrespiración
Escasez de agua en suelo y aire: disminuye el rendimiento fotosintético. Ante la falta de agua, se cierran los estomas para evitar la desecasión y la entrada de CO2 es menor
Temperatura: cada especie esta adaptada a vivir dentro de un intervalo de temperatura, dentro del cual, a mayor temperatura, mayor eficacia de enzimas y por tanto, mayor rendimiento fotosintético. Si se sobrepasan estos límites, se alteran las enzimas y el rendimiento disminuye; si se llega a producir la desnaturalización de las proteínas, la planta muere
Tiempo de Iluminación: hay especies en las que a mayor luz, mayor rendimiento. En cambio, otras requieren periodos nocturnos
Intensidad luminosa: hay especies de penumbra y otras fotófilas. Dentro de cada intervalo, a mayor iluminación, mayor rendimiento, hasta ciertos límites, en los que se produce la fotooxidación irreversible de los pigmentos fotosintéticos
Color de la Luz: todos los pigmentos pasan la energía a las moléculas diana. La luz monocromática menos aprovechable en los organismos que carecen de ficocianinas y ficoeritrinas es la luz verde.
