Fotosíntesis y Conceptos Fundamentales

Fotosíntesis: Proceso químico-biológico que realizan los vegetales mediante el cual se sintetizan compuestos orgánicos.

Ecuación General:

Luz solar + H₂O + CO₂ = Nutrimentos + Energía + Oxígeno

Autótrofo: Ser vivo que produce su propia energía y alimentos. Los vegetales son autótrofos.

Compuestos Orgánicos: Nutrimentos que produce el vegetal (almidón, celulosa).

Antecedentes Históricos de la Fotosíntesis

• Aristóteles: La luz solar está directamente relacionada con el color verde de los vegetales.
• Stephen Hales (1740): Padre de la fisiología vegetal. Propuso que el aire entra a las hojas y es empleado como alimento.
• Joseph Priestley (1780): Demostró que el oxígeno es producido por las plantas.
• Robert Hill (1939): Estableció la ecuación de la fotosíntesis en su fase luminosa.
• Melvin Calvin (1940): Describió las ecuaciones de la fase oscura o Ciclo de Calvin de la fotosíntesis.

Componentes y Estructuras Clave

Seres Fotosintéticos: Realizan la fotosíntesis. Son mayormente vegetales y, en menor medida, algunas bacterias y algas.

Clorofila: Pigmento esencial para la fotosíntesis. Abunda en las hojas (en 1 cm² de una hoja puede haber hasta 500 mil unidades de clorofila).

Estomas: Orificios en las hojas que permiten el intercambio gaseoso (entrada de CO₂ y salida de O₂).

Fotón: Unidad de la luz.

Quantum: Unidad de luz que entra por los estomas.

Estructura del Cloroplasto (donde se encuentra la Clorofila): Grana, Estroma y Tilacoides. En estas estructuras se realizan las reacciones químicas de la fotosíntesis.

Estructura Vegetal y Transporte de Sustancias

Partes del Vegetal: Raíz, Tallo, Hojas, Flores, Frutos.

• Raíz: Toman del suelo agua y minerales.
• Tallo: Transporta agua y minerales hacia arriba y baja nutrimentos elaborados.
• Hojas: Captan la luz solar y el CO₂; es donde se forman los nutrientes para la planta.

Conductos Vasculares

Son los canales por donde el vegetal distribuye los nutrimentos:

• Xilema: Conductos que transportan la savia bruta (ascendente).
• Floema: Conductos que transportan la savia elaborada (descendente).

Elementos y Fases de la Fotosíntesis

Elementos Esenciales:

1. Luz solar
2. Cloroplastos (Clorofila, Grana, Estroma, Tilacoides)
3. Agua y minerales
4. Dióxido de carbono (CO₂)

Tipos de Savia:

Savia Bruta: Agua + Sales minerales que las plantas toman por sus raíces.

Savia Elaborada: Se forma en las hojas a partir de la savia bruta y se distribuye a todo el vegetal por los conductos vasculares.

Fases de la Fotosíntesis:

1. Fase Luminosa (Día)

La luz entra por los estomas y es absorbida por los complejos de clorofila (en grana y tilacoides). Se inicia la hidrólisis (rompimiento de las moléculas de agua), liberando hidrógeno y generando moléculas energéticas: AMP, ATP y NADPH.

2. Fase Oscura (Ciclo de Calvin)

Se realiza en el estroma del cloroplasto. Utiliza la energía almacenada (ATP y NADPH) de la fase luminosa para fijar el CO₂ y sintetizar glucosa.

Metabolismo y Bioenergética

Metabolismo: Conjunto de reacciones químicas que realizan las células, tejidos, órganos, etc. Estas reacciones son reguladas por enzimas.

Enzima (Catalizador Biológico): Sustancia que acelera o retrasa una reacción química.

Tipos de Metabolismo

• Anabolismo: Proceso de síntesis; forma moléculas grandes a partir de moléculas sencillas (requiere energía).
• Catabolismo: Proceso de degradación; desintegra moléculas grandes en moléculas sencillas (libera energía).

Conceptos de Energía

• Energía: Capacidad de la materia para generar un trabajo.
• Potencial: Energía almacenada, sin movimiento, que puede convertirse en cinética.
• Cinética: Energía en movimiento.

Moléculas Energéticas y Coenzimas

TPN (NADP⁺):

Trifosfato-piridin-nucleótido (actualmente conocido como Nicotinamida Adenina Dinucleótido Fosfato).

AMP:

Adenosín Monofosfato.

ADP:

Adenosín Difosfato.

ATP:

Adenosín Trifosfato (principal molécula energética).

ACoA:

Acetil-Coenzima-A.

Metabolismo Basal: Mínima cantidad de energía necesaria para mantener con vida al individuo en reposo.

División Celular

División Celular: Proceso biológico que realizan las células eucariotas para crear nuevas células.

Tipos de Células Eucariotas

• Célula Eucariota: Célula completa y con núcleo definido.
• Somáticas: Forman órganos y tejidos (Diploides: 46 cromosomas).
• Sexual (Gametos): Órganos reproductores (Haploides: 23 cromosomas).

Fecundación: Óvulo (23 cromosomas) + Espermatozoide (23 cromosomas) = Cigoto (46 cromosomas).

Diploides: 46 Cromosomas.

Haploides: 23 Cromosomas.

Tipos de División Celular

Mitosis

La realizan las células somáticas. Al final de la división, se originan dos células hijas que tendrán el mismo número de cromosomas que la célula madre (Diploides).

Interfase: Preparación de la célula antes de dividirse.

Fases de la Mitosis:

1. Profase: El ADN (cromatina) se condensa, formando y haciendo visibles a los cromosomas.
2. Metafase: Los cromosomas se alinean en el centro (placa metafásica) de la célula. Se forman los microtúbulos.
3. Anafase: Los microtúbulos separan las cromátidas hermanas, llevando una mitad de ellas hacia cada polo.
4. Telofase: Los cromosomas llegan a los polos y se descondensan. Se forman dos nuevos núcleos.

Meiosis

La realizan las células sexuales (gametos). Al final, se originan cuatro células hijas que tendrán la mitad del número de cromosomas de la célula madre (Haploides).

Respiración Celular y Reproducción

Respiración Celular: Proceso mediante el cual las células liberan energía almacenada, permitiendo que el individuo crezca, se mueva, etc.

Glucosa (C₆H₁₂O₆): Principal combustible energético.

• Con O₂ (Aerobio): Mediante el Ciclo de Krebs, se obtienen aproximadamente 38 ATP.
• Sin O₂ (Anaerobio): Mediante la Fermentación, se obtienen 2 ATP.

Glucólisis: Proceso que separa la glucosa (C₆H₁₂O₆) en sus elementos iniciales.

ATP: Molécula energética.

Reproducción

Proceso biológico para formar nuevos individuos.

Tipos de Reproducción:

Sexual:

Intervienen gametos (óvulo, espermatozoide).

Asexual:

No intervienen gametos. Común en seres unicelulares.

Tipos de Reproducción Asexual:

• Bipartición (Binaria): El organismo unicelular se divide en dos, dando lugar a dos nuevos individuos con las mismas características.
• Gemación: En el individuo se forma una yema que se desprende, formando un nuevo ser (Ej.: Esponjas, corales, medusas).
• Esporulación: Dentro de la célula, el núcleo se divide varias veces, formando esporas. Estas rompen la célula, formando varios individuos (Ej.: Hongos).
• Vegetativa: Se desprende una parte del vegetal y se coloca en un medio adecuado, formando un nuevo individuo (Ej.: Rosales, Nopales, Uvas, Geranios).