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La fotosíntesis es el proceso bioquímico mediante el cual las plantas, las algas y las bacterias fotosintéticas convierten materia inorgánica (dióxido de carbono y agua) en materia orgánica (azúcares), aprovechando la energía proveniente de la luz solar. Este es el principal mecanismo de nutrición de todos los organismos autótrofos que poseen clorofila, que es el pigmento esencial para el proceso fotosintético.

La fotosíntesis es usada por la plantas para crear diferentes compuestos entre los que se encuentra el oxígeno. Durante el día, las plantas realizan la primera fase de la fotosíntesis al convertir el CO2 del ambiente en oxígeno. Asimismo, al caer la noche, comienza el ciclo de Calvin a través del cual el proceso se invierte.

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Convierte la luz solar en energía química.

Se trata de un proceso realizado por organismos autótrofos.

Requiere la presencia de la clorofila.

Consta de dos fases:

-la luminosa y la oscura.

Durante la fase luminosa libera oxígeno.

Durante la fase oscura libera CO2.

Se desarrolla en los cloroplastos.

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Los estomas son las estructuras que se encargan de controlar el intercambio de gases entre la atmósfera y la planta, sobre todo vapor de agua y CO2. Esto es así porque la superficie de las plantas terrestres están cubiertas por una cutícula impermeable a dichos gases. Los estomas se encuentran en la epidermis de las partes aéreas, fundamentalmente de las hojas. Pero también aparecen en la epidermis de los tallos con crecimiento primario, e incluso en la de los pétalos y pistilo de las flores. La epidermis de las raíces carece de estomas o son muy raros.

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A continuación se mencionan las principales características de las estomas:

- Están ubicados en las hojas de las plantas.

-Tienen forma de poro o abertura. Las células que forman las estomas pueden modificar su tamaño pudiendo abrir o cerrar la abertura la abertura.

-Pueden tener diferentes diámetros dependiendo del género de la planta. Las estomas se pueden abrir o cerrar dependiendo de la luz, de la disponibilidad de agua y de la concentración de CO2.

-Participan como puente de comunicación en el intercambio gaseoso de oxígeno (O2) y dióxido de carbono (CO2).

-Participan en la absorción de agua y nutrientes.

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Los estomas tienen dos funciones principales, en primer lugar permiten el intercambio gaseoso, dando entrada al dióxido de carbono (CO₂) y liberando el oxígeno (O₂) que respiramos. La segunda función importante, es la regulación del movimiento del agua a través de la transpiración.

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Mecanismos de adaptacion de la apertura estomatica

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Mecanismos de adaptacion de la apertura estomatica

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Adaptaciones Fisiológicas y Estructurales:

Cutícula y Tricomas: La cutícula cerosa de las hojas y la presencia de tricomas (pelos) pueden reducir la transpiración y proteger los estomas de la desecación.

Distribución Estomática: Algunas plantas tienen estomas más densamente distribuidos en la superficie inferior de las hojas para minimizar la exposición directa al sol y reducir la pérdida de agua.

Horario de Apertura: En ambientes áridos, muchas plantas abren sus estomas principalmente durante la noche (metabolismo ácido de las crasuláceas, CAM) para minimizar la pérdida de agua durante las horas más cálidas del día.

Respuestas a Estrés Hídrico:

Ajuste Osmótico: Las plantas pueden acumular solutos compatibles (como prolina y azúcares) en las células oclusivas para mantener la turgencia y controlar la apertura estomática incluso en condiciones de baja disponibilidad de agua.

Cierre Temporal: En condiciones de estrés hídrico severo, las plantas pueden cerrar temporalmente sus estomas durante el día para conservar agua, abriéndolos solo en momentos de menor demanda evaporativa.

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Mecanismos de supervivencia de la apertura estomatica 

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Mecanismos de supervivencia de la apertura estomatica 

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Los mecanismos de supervivencia en la apertura estomática en las plantas incluyen la regulación del transporte de potasio (K+) en las células de guarda, lo que influye directamente en el cierre o apertura de los estomas. Este proceso también está mediado por señales del ácido abscísico (ABA), especialmente en condiciones de estrés, que inducen el cierre estomático para conservar agua. Además, las plantas poseen mecanismos de defensa pasivos y activos para adaptarse a distintas condiciones ambientales.

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Cuando nos referimos a la fotosíntesis de las plantas, que es lo más común, diferenciamos 4 etapas o fases principales: absorción, circulación, fotosíntesis y alimentación.

1. Absorción: en la etapa de absorción la planta absorbe agua y minerales del entorno, generalmente mediante sus raíces.

2. Circulación: en esta etapa de la fotosíntesis de las plantas los nutrientes absorbidos circulan a través del vegetal hasta las hojas, que es donde se realizar casi siempre la fotosíntesis.

3. Fotosíntesis: en la etapa propia de la fotosíntesis es donde se lleva a cabo el proceso de transformar agua, dióxido de carbono y luz en energía para la planta.

4. Alimentación y crecimiento: por último, la planta usa los compuestos producidos para alimentarse y para producir nuevas estructuras y crecer.

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El ciclo del ácido cítrico, también conocido como ciclo del ácido tricarboxílico o ciclo de Krebs, es un conjunto cíclico de reacciones que ocurren en la matriz mitocondrial. El ciclo del ácido tricarboxílico es la continuación de cualquier vía metabólica que produce piruvato, que se convierte en su principal sustrato, acetil-CoA.

La función principal del ciclo del ácido cítrico es:

Captar los electrones que se liberan de las moléculas al oxidarse (pierden electrones). Estos electrones son capturados por moléculas portadoras para luego transformarlos en adenosintrifosfato ATP, la molécula de energía que utiliza la célula para realizar sus funciones.

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Mecanismo de adaptaciones de la fotosintesis 

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Mecanismo de adaptaciones de la fotosintesis 

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Adaptaciones Fisiológicas:

Fotosíntesis C3, C4 y CAM:

C3: Es la forma más común de fotosíntesis, utilizada por la mayoría de las plantas. Funciona bien en condiciones de temperatura y humedad moderadas.

C4: Adaptación encontrada en plantas de climas cálidos y secos. Minimiza la fotorespiración y aumenta la eficiencia del uso del agua y del nitrógeno, utilizando células especializadas (células de la vaina del haz) para fijar CO2.

CAM (Metabolismo Ácido de las Crasuláceas): Utilizada por plantas suculentas en ambientes áridos.

Estructuras Anatómicas:

Distribución de Estomas: En plantas C4, los estomas suelen estar más densamente distribuidos en las superficies foliares para mejorar la eficiencia de la captación de CO2.

Células de la Vaina del Haz: En plantas C4, las células de la vaina del haz rodean los haces vasculares y facilitan la concentración de CO2, reduciendo la fotorespiración.

Optimización del Uso de la Luz:

Fotosíntesis en Bajas Intensidades Lumínicas: Algunas plantas han desarrollado una mayor eficiencia en la utilización de luz en condiciones de sombra, como las plantas de sotobosque, optimizando la composición de sus antenas de clorofila y otros pigmentos.

Fotosíntesis a Alta Intensidad Lumínica: Adaptaciones para manejar altas intensidades de luz, como las plantas de desierto, que pueden disipar el exceso de energía lumínica y evitar el daño fotooxidativo.

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Mecanismo de supervivencia de la fotosintesis 

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Mecanismo de supervivencia de la fotosintesis 

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Las plantas tienen dos mecanismos para sobrevivir al estrés por inundación: quiescencia y escape.

A) Las raíces vegetales son consumidoras de oxígeno durante la oxidación de los carbohidratos fotosintetizados en las hojas.

B) Sin embargo, ante un estrés por inundación se excluye el oxígeno, el dióxido de carbono y la luz, lo que limita la fotosíntesis y se acumula etileno que inducirá la expresión de los factores de transcripción ERFs.

C) El gen ERF SUB1A induce la respuesta llamada quiescencia donde la planta limita la elongación, el uso de carbohidratos y la floración, además de modular y promover la fermentación para conservar energía.

D) Los genes ERF SNORKEL 1 y 2 median la estrategia de escape, donde se acelera el consumo energético para formar estructuras capaces de emerger de la inundación y reiniciar la fotosíntesis.

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1. Ubicación: En células eucariotas, el ciclo ocurre en la matriz mitocondrial. En células procariotas, se lleva a cabo en el citoplasma.

2. Entrada de Acetil-CoA: El ciclo comienza con la entrada de acetil-CoA, que se combina con oxaloacetato para formar citrato.

3. Reacciones enzimáticas: Consiste en ocho reacciones enzimáticas, donde se oxida el acetil-CoA para producir dióxido de carbono, NADH, FADH2 y ATP o GTP.

4. Producción de energía: Genera moléculas de alta energía como NADH y FADH2, que luego se utilizan en la cadena de transporte de electrones para producir ATP mediante fosforilación oxidativa.

5. Intermediarios metabólicos: Produce intermediarios importantes como succinato, fumarato y malato, que son utilizados en otros procesos bioquímicos.

6. Regulación: Las enzimas que catalizan las reacciones del ciclo son reguladores clave que aceleran o desaceleran el ciclo según las necesidades energéticas de la célula.

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La función principal de Ciclo del Ácido Cítrico es actuar como vía común final de la oxidación de carbohidratos, lípidos y proteínas. Esto se debe a que estos son metabolizados a acetil-CoA o a intermediarios del ciclo.

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Mecanismos de adaptacion de ciclo acido citrico.

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Mecanismos de adaptacion de ciclo acido citrico.

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Regulación Enzimática:

Modulación Alostérica: Las enzimas clave del ciclo, como la citrato sintasa, isocitrato deshidrogenasa y la α-cetoglutarato deshidrogenasa, están reguladas alostéricamente por varios metabolitos, incluyendo ATP, ADP, NADH y Ca²⁺. Estos moduladores permiten a las células ajustar la actividad del ciclo de acuerdo con sus necesidades energéticas y metabólicas.

Adaptaciones Metabólicas en Condiciones de Hipoxia o Anoxia:

Glicólisis Anaeróbica: En condiciones de baja disponibilidad de oxígeno, las células pueden aumentar la glicólisis anaeróbica para generar ATP, mientras que el ciclo del ácido cítrico se ralentiza debido a la falta de oxígeno como aceptor final de electrones.

Adaptaciones a la Disponibilidad de Sustratos:

Uso de Aminoácidos: En condiciones de limitación de carbohidratos, las células pueden utilizar aminoácidos como glutamato y glutamina para alimentar el ciclo del ácido cítrico. Estos aminoácidos se convierten en α-cetoglutarato, un intermediario del ciclo.

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https://mmegias.webs.uvigo.es/2-organos-v/ampliaciones/estomas.php

https://fisiologiavegetal.es/2018/05/la-importancia-de-los-estomas/

https://www.researchgate.net/figure/Figura-1-Las-plantas-tienen-dos-mecanismos-para-sobrevivir-al-estres-por-inundacion_fig1_268804511

Libretexts. (2022, 1 noviembre). 17.1.2.2: Apertura y cierre estomáticos. LibreTexts Español. https://espanol.libretexts.org/Biologia/Bot%C3%A1nica/Bot%C3%A1nica_(Ha%2C_Morrow_y_Argel)/Unit_3%3A_Fisiolog%C3%ADa_y_Regulaci%C3%B3n_Vegetal/17%3A_Transporte/17.01%3A_Transporte_Acu%C3%A1tico/17.1.02%3A_Transpiraci%C3%B3n/17.1.2.02%3A_Apertura_y_Cierre_Estom%C3%A1ticos

https://www.revistaciencia.amc.edu.mx/images/revista/66_4/PDF/AdaptacionesFotosinteticas.pdf}

Equipo editorial, Etecé. (2024, 3 agosto). Fotosíntesis - Concepto, fases, características y ecuación. Concepto. https://concepto.de/fotosintesis/

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Plantas C3, C4 y CAM (artículo) | Khan Academy

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Participantes del muro colaborativo: Karol Espinal

Kathia Gonzales

Karla Motiño

Yovanna Gomez

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¿Qué factores afectan  la apertura y cierre  de los estomas?

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Ciclo del ácido cítrico | Video HHMI BioInteractive