LA FOTOSÍNTESI
La fotosíntesi (del grec φώτο foto,
"llum" i σύνθεσις synthesis, "composició") és
un procés químic que converteix el diòxid de carboni en compostos orgànics, especialment, utilitzant l'energia de
la llum solar. La
fotosíntesi es produeix en les plantes,
les algues,
i moltes espècies de bacteris. Els organismes fotosintètics utilitzen la llum com a font d'energia
efectuen la fotosíntes. En les plantes, les algues i els cianobacteris,
la fotosíntesi utilitza diòxid de carboni i aigua, alliberant oxigen com a
producte residual. La fotosíntesi té una importància crucial per la vida a la Terra.
PROCÈS FOTOSINTÈIC
La fotosíntesi utilitza l'energia de
la llum solar per a produir la glucosa.
Una equació simplificada
de la fotosíntesi és:
6 CO2 + 12 H2O + llum → C6H12O6 +
6 O2 + 6 H2O
La
fotosíntesi té lloc en dues fases. En la primera fase, fase lluminosa,
les reaccions dependents de la llum o
reaccions fotosintètiques capturen l'energia de la llum i la utilitzen per
fer molècules altament
energètiques. En la segona fase, fase fosca,
les reaccions independents de la llum utilitzen aquestes molècules amb un alt
contingut energètic per capturar (fixar) el diòxid de carboni, CO2, i produir
els precursors de la glucosa.
En la
fase lluminosa, la clorofil·la, en absorbir l'energia lumínica, perd un electró que
en passar per la cadena de transport electrònic produeix molècules altes en
energia, com per exemple el NADPH i
l'ATP. La molècula de clorofil·la recupera el seu
electró a partir de la molècula d'aigua,
procés amb el qual s'allibera oxigen en
forma de gas.
A la
fase fosca l'enzim RuBisCO,
captura el CO2 de l'atmosfera terrestre i a través del cicle de Calvin-Benson, el converteix en molècules orgàniques de 3 àtoms de
carboni, que seran després convertides en glucosa.
De manera
simplificada, la fotosíntesi podria ser definida com la conversió de l'energia
solar en energia química, realitzada pels organismes vius.
BIOQUÍMICA
DE LA FOROSÍNTESIS EN LES PLANTES
La
majoria de les plantes són fotoautòtrofes,
el que vol dir que són capaces de sintetitzar glúcids a
partir de compostos inorgànics utilitzant la llum com a
font d'energia (com per exemple la llum del Sol), i no a partir de la
ingestió d'altres organismes o dels seus nutrients derivats. Un fotoautòtrof, a
més utilitza CO2 com a font de carboni. Els organismes quimioautòtrofs,
en canvi, no depenen de l'energia de la llum, però sí de l'energia obtinguda
d'altres compostos inorgànics.
L'energia de la fotosíntesi s'origina per la
absorció de fotons de
la llum amb la participació d'un agent reductor,
que en el cas de les plantes és l'aigua, alliberant oxigen com a producte de
rebuig. L'energia de la llum és convertida en energia química (fase lluminosa)
en forma d'ATP i de NADPH, que seran utilitzats a les reaccions de síntesi de
molècules en els organismes fotoautòtrofs. De manera excepcional, les plantes
utilitzen aquesta energia per fixar el diòxid de carboni en carbohidrats i
altres compostos orgànics a través de reaccions independents de la llum durant
la fase fosca. En les plantes verdes, la reacció global de la fixació de
carboni (de vegades coneguda com reducció del carboni) és:
n CO2 + 2n H2O + ATP + NADPH → (CH2O)n + n O2 + n H2O,
on n és definit de manera depenent a
l'estructura del carbohidrat resultant. Els glúcids d'hexosa i
de midó són
els productes principals, i per tant la reacció següent és la més utilitzada
per a descriure el procés de reducció del carboni.
6 CO2 + 12 H2O +
llum → C6H12O6 + 6 O2 + 6
H2O
Diòxid de carboni + Aigua + Llum → Glucosa +
Oxigen + Aigua
De manera més específica, la fixació de
carboni produeix un producte intermediari, que és convertit en els carbohidrats
d'hexosa finals. Aquests carbohidrats són utilitzats per formar altres
productes orgànics, com la cel·lulosa,
els precursors de la biosíntesi dels lípids i
dels aminoàcids o combustible en la respiració cel·lular.
Aquests processos no només es produeixen a les plantes, també en els animals
quan l'energia de les plantes passa a través de la cadena alimentaria. Els
organismes que depenen dels organismes fotosintètics i quimiosintètics son
anomenats heteròtrofs, entre els quals hi ha els humans. En general,
la respiració és el procés contrari a la fotosíntesi: la
glucosa i altres compostos són oxidats per produir diòxid de carboni, aigua i
energia química. Tanmateix, aquests dos processos tenen lloc a través de reaccions
i compartiments cel·lulars diferents.
Les plantes capturen la
llum a través del pigment clorofil·la,
raó per la qual la gran majoria de les plantes son de color verd. La funció de la
clorofil·la està assistida per altrespigments fotosintètics,
com els carotens i
les xantofil·les. Tant la clorofil·la com els pigments accessoris
es troben continguts en els cloroplasts. Encara que totes les cèl·lules
vegetals contenen cloroplasts, la majoria de l'energia de la llum és capturada
per les fulles.
Les cèl·lules de l'interior dels teixits de les fulles, anomenades mesòfils,
contenen al voltant d'un milió de cloroplasts per mil·límetre quadrat
de fulla. La superfície de la fulla està uniformement coberta per una
substància resistent a l'aigua, una cutícula de cera, que protegeix la
fulla d'una excessiva evaporació d'aigua,
al mateix temps que disminueix l'absorció de llum ultraviolada per
tal de reduir un escalfament excessiu. La capa d'epidermis transparent
permet passar la llum fins les cèl·lules del mesòfil, que és el lloc on té lloc
la fotosíntesi.
