La energía solar que llega la biosfera (~3.1024 J/año) es captada y convertida en biomasa por los ecosistemas terrestre y acuático con una eficiencia del 0,1% (~3.1021 J/año) almacenándose en 200 Gt (peso seco) de material vegetal por año a expensas de la energía solar, pues ~30 GJ corresponde a la síntesis de ~2 toneladas biomasa. Aunque el ecosistema acuático cubre aproximadamente 2/3 de la superficie de la Tierra, produce aproximadamente la misma cantidad de biomasa que el terrestre, debido a que éste presenta una eficiencia que al menos duplica la del marino. A continuación una tabla de porcentaje de producción de biomasa.
Ecosistema Terrestre: Bosques 70%
Praderas y sabanas 20%
Cultivos agrícolas 10%
Ecosistema marino: Fitoplancton 90%
Macrófitas 10%
La fotobiología comprende una franja estrechísima de 300 a 1100 nanómetros, de la que dependen la visión, las taxias, los tropismos, la dormición, la floración, la maduración, y sobre todo la fotosíntesis.. Estos procesos no pueden tener lugar en la región ultravioleta o la del infrarrojo lejano, porque las radiaciones de estas longitudes de onda no son apropiadas para las reacciones fotobiológicas. Los límites energéticos de la fotobiología se sitúan más o menos, entre 100 y 400 pues con una energía superior a 400 kJ/mol, incompatibles con la vida porque pueden romper enlaces en las macromoléculas biológicas, tales como ácidos nucleicos y proteínas.
Existen dos tipos de fotosíntesis, una llamada oxigénica que es llevada a cabo por las plantas, algas y cianobacterias y el agente reductor es el agua; otra anoxigénica que es cumplida por bacterias donde diversos compuestos orgánicos u inorgánicos actúan como donadores de electrones, según la especie. La unidad fotosintética básica está constituida por moléculas de clorofilas y otros pigmentos que actúan como antenas y por clorofila a especializada. Existen distintos tipos de clorofila pero todos tienen un anillo tetrapirrólico cíclico (porfirina) con un átomo de magnesio en el centro.
Las clorofilas a, b y d poseen una larga cadena hidrófoba de fitol que les permite anclarse en las membranas biológicas, en tanto que la clorofila c carece de este resto hidrocarbonado. Las distintas formas de clorofila actúan en su mayoría como pigmentos antena, existen moléculas especializadas de clorofila a para plantas y algas: P680 en el fotosistema II, P700 en el fotosistema I y para bacterias se encuentran bacterioclorofilas de tipo a y b, en los centros de reacción: P840 en las bacterias verdes y P870 en las purpúreas. Los otros pigmentos que forman parte de las antenas fotosintéticas realizan exclusivamente funciones de fotorrecepción.
Los pigmentos fotosintéticos en las bacterias verdes y purpúreas se disponen en estructuras conocidas como clorosomas y cromatóforos, respectivamente. Y organismos con fotosíntesis oxigénica, los pigmentos están localizados en los tilacoides que en algas y plantas superiores se agrupan en pilas llamdas granas que se conectan entre si por lamelas dentro de los cloroplastos.
Se encuentran 3 tipos de complejos de la clorofila:
a) El complejo colector de luz donde se integran la mayoría de las antenas de clorofilas y pigmentos accesorios;
b) y c) Fotosistema I y II, donde ocurre la fotosíntesis. Ambos fotosistemas se conectan entre sí mediante una serie de transportadores de electrones y por el complejo de citocromos hidrofóbicos b6f, dentro de las membranas tilacoidales.
La molécula de clorofila se excita por la luz y cede uno de sus e- más externos al aceptor, quedando la clorofina oxidada y el aceptor reducido. La clorofila oxidada actúa, por su parte, como un fuerte agente oxidante que capta un electrón del donador. Éste se oxida y la clorofila recupera su estado original. El donador oxidado y el aceptor reducido recuperan su estado original al interaccionar con los sistemas redox vecinos del aparato fotosintético. De esta manera se transfieren los e- impulsados por la luz de un compuesto a otro a través de las denominadas cadenas de transporte fotosintético de e-. Los componentes de estas cadenas suelen ser proteínas de origen hemínico (citocromos), átomos de cobre (plastocianina) o centros sulfoférricos (ferredoxina), así como feofitinas y quinonas, variando de unos organismos a otros en función del tipo de fotosíntesis que llevan a cabo.
En resumen, las tres fases del ciclo reductivo de las pentosa-fosfato o ciclo de Calvin a) la primera fase carboxilativa b) la segunda reductiva y la c) tercera fase regenerativa conducen a la formación neta de una molécula de gliceraldehído-3-fosfato a partir de tres moléculas de CO2, para lo cual se requiere el aporte de un total de seis moléculas de NADPH y nueve de ATP. La gran mayoría de los plantas (musgos, helechos, árboles etc.) siguen la vía normal C5 + C1/2=C3, así como las bacterias fotosintéticas, cianobacterias y algas. Denominamos a las plantas que llevan a cabo esta fotosíntesis C3.
Existen otros dos tipos de fotosíntesis para plantas C4 y CAM. Las plantas C4 utilizan la ruta auxiliar C3 + C1 = C4 en la que el CO2 se incorpora al fosfoenol piruvato para dar oxalacetato (4 carbonos) que se reduce a malato o aspartato (según la especie). Éste pasa de las células del mesófilo a las de la vaina del haz vascular, donde se descarboxila y libera el CO2 previamente fijado. De este modo aumenta la concentración de CO2 en los cloroplastos de las células de la vaina, favoreciendo la actividad carboxilasa de la enzima RubisCO en comparación su act. oxigenasa y así aumenta la eficiencia de la fijación de CO2 por la ruta del ciclo de Calvin. Para las plantas suculentas o CAM la difusión del CO2 hacia los tejidos es nocturna. El primer compuesto producido tiene cuatro átomos de carbono y a la luz del día siguiente, ocurre la segunda etapa de las reacciones fotosintéticas que precisa la enzima RubisCO.
Carrillo, L. (2004). Energía de Biomasa. Fotosíntesis. 1ra ed. 1er título Energía y Reciclado de Basura
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