Fotosíntesi: diferència entre les revisions
Cap resum de modificació |
Cap resum de modificació |
||
| Línia 5: | Línia 5: | ||
[[Fitxer:Auto-i_heteròtrofs.svg|thumb|300px|Vista general del cicle entre [[autòtrof]]s i [[heteròtrof]]s. La fotosíntesi és el mitjà principal pel qual les plantes, les algues i molts bacteris produeixen compostos orgànics i oxigen a partir de diòxid de carboni i aigua (<font color="green">fletxa verda</font>).]] |
[[Fitxer:Auto-i_heteròtrofs.svg|thumb|300px|Vista general del cicle entre [[autòtrof]]s i [[heteròtrof]]s. La fotosíntesi és el mitjà principal pel qual les plantes, les algues i molts bacteris produeixen compostos orgànics i oxigen a partir de diòxid de carboni i aigua (<font color="green">fletxa verda</font>).]] |
||
La fotosíntesi [[evolució|evolucionà]] d'hora en la [[història evolutiva de la vida]], quan totes les formes de vida de la Terra eren [[microorganismes]] i l'atmosfera tenia molt més diòxid de carboni. Els primers organismes fotosintètics probablement evolucionaren fa uns 3.500 [[milions d'anys]], i utilitzaven l'[[hidrogen]] o l'[[àcid sulfhídric]] com a font d'electrons, en lloc de l'aigua.<ref>{{cite journal |author=Olson JM |title=Photosynthesis in the Archean era |journal=Photosyn. Res. |volume=88 |issue=2 |pages=109–17 |year=2006 |month=Maig |pmid=16453059 |doi=10.1007/s11120-006-9040-5}}</ref> Els [[cianobacteris]] aparegueren més endavant, fa uns 3.000 milions d'anys, i canviaren la Terra per sempre més quan començaren a [[catàstrofe de l'oxigen|oxigenar l'atmosfera]] a partir de fa uns 2.400 milions d'anys.<ref>{{cite journal |author=Buick R |title=When did oxygenic photosynthesis evolve? |journal=Philos. Trans. R. Soc. Lond., B, Biol. Sci. |volume=363 |issue=1504 |pages=2731–43 |year=2008 |month=Agost |pmid=18468984 |doi=10.1098/rstb.2008.0041}}</ref> Aquesta nova atmosfera permeté l'[[evolució de la multicel·lularitat|evolució de vida complexa]], com ara els [[protists]]. Eventualment, fa uns 550 milions d'anys, un d'aquests protists formà una [[simbiosi|relació simbiòtica]] amb un cianobacteri, creant l'avantpassat de les plantes i les algues.<ref>{{cite journal |author=Gould SB, Waller RF, McFadden GI |title=Plastid evolution |journal=Annu Rev Plant Biol |volume=59 |issue= |pages=491–517 |year=2008 |pmid=18315522 |doi=10.1146/annurev.arplant.59.032607.092915}}</ref> Els cloroplasts de les plantes actuals són els descendents d'aquests cianobacteris simbiòtics ancestrals. |
|||
== Procés fotosintètic == |
== Procés fotosintètic == |
||
Revisió del 17:59, 18 ago 2009
La fotosíntesi (del grec φώτο foto, "llum" i σύνθεσις synthesis, "composició") és una ruta metabòlica que converteix el diòxid de carboni en compostos orgànics, especialment sucres, utilitzant l'energia de la llum solar.[1] La fotosíntesi es produeix en les plantes, les algues, i moltes espècies de bacteris, però no en els arqueobacteris. Els organismes fotosintètics reben el nom de "fotoautòtrofs", però no tots els organismes que utilitzen la llum com a font d'energia efectuen la fotosíntesi, car els "fotoheteròtrofs" utilitzen compostos orgànics, i no diòxid de carboni, com a font de carboni.[2] 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, car a més de mantenir el nivell normal d'oxigen a l'atmosfera, gairebé totes les formes de vida en depenen directament com a font d'energia, o indirectament com a font última de l'energia al seu aliment.[2] La quantitat d'energia capturada per la fotosíntesi és immensa, d'aproximadament 100 terawatts:[3] això és unes sis vegades l'energia consumida anualment per la civilització humana.[4] En total, els organismes fotosintètics converteixen uns 100.000 milions de tones de carboni en biomassa cada any.[5]
Tot i que la fotosíntesi es pot produir de diferents maneres en diferents espècies, alguns trets són sempre iguals. Per exemple, el procés sempre comença quan l'energia lumínica és absorbida per proteïnes anomenades centres de reacció fotosintètics, que contenen clorofil·les. En les plantes, aquestes proteïnes resideixen a l'interior d'orgànuls anomenats cloroplasts, mentre que en els bacteris es troben a la membrana plasmàtica. Una part de l'energia lumínica recollida per les clorofil·les en forma de trifosfat d'adenosina (ATP). La resta de l'energia es fa servir per treure electrons d'una substància com ara l'aigua. Aleshores, aquests electrons són utilitzats en les reaccions que transformen el diòxid de carboni en components orgànics. En les plantes, algues i cianobacteris, això es fa mitjançant una seqüència de reaccions anomenada cicle de Calvin, però en alguns bacteris es donen conjunts diferents de reaccions, com ara el cicle de Krebs invers en Chlorobium. Molts organismes fotosintètics tenen adaptacions que concentren o emmagatzemen el diòxid de carboni. Això permet reduir un procés malgastador anomenat fotorespiració que pot consumir part del sucre generat durant la fotosíntesi.
La fotosíntesi evolucionà d'hora en la història evolutiva de la vida, quan totes les formes de vida de la Terra eren microorganismes i l'atmosfera tenia molt més diòxid de carboni. Els primers organismes fotosintètics probablement evolucionaren fa uns 3.500 milions d'anys, i utilitzaven l'hidrogen o l'àcid sulfhídric com a font d'electrons, en lloc de l'aigua.[6] Els cianobacteris aparegueren més endavant, fa uns 3.000 milions d'anys, i canviaren la Terra per sempre més quan començaren a oxigenar l'atmosfera a partir de fa uns 2.400 milions d'anys.[7] Aquesta nova atmosfera permeté l'evolució de vida complexa, com ara els protists. Eventualment, fa uns 550 milions d'anys, un d'aquests protists formà una relació simbiòtica amb un cianobacteri, creant l'avantpassat de les plantes i les algues.[8] Els cloroplasts de les plantes actuals són els descendents d'aquests cianobacteris simbiòtics ancestrals.
Procés fotosintètic
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
Diòxid de carboni + Aigua + Energia en forma de llum → Glucosa + Oxigen + Aigua
La fotosíntesi té lloc en dues fases. En la primera fase, fase lluminosa, les reaccions dependents de la llum o reacciones 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 al passar per la cadena de transport electrònic produeix les molècules altes en energia, como són 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 el gas oxigen.
En la fase fosca l'enzim RuBisCO, captura el CO2 de l'atmosfera i a través del cicle de Calvin-Benson, el converteix en molècules orgàniques de 3 àtoms de carboni, que seran després convertits en glucosa.
De manera simplificada, la fotosíntesi podria ser definida com la conversió de la energia solar en energia química, realitzada pels organismes vius.
Origen dels cloroplasts
En les plantes, el procés de la fotosíntesi té lloc en orgànuls anomenats cloroplasts. Els cloroplasts tenen moltes ressemblances als bacteris fotosintètics que tenen com a genoma un cromosoma circular, a més de ribosomes procariòtics i proteïnes semblants en el centre de reacció fotosintètic.
La Teoria endosimbiòtica suggereix, que els bacteris fotosintètics varen ser ingerits per les cèl·lules eucariòtiques primigènies, i que d'aquesta manera es transformaren en cèl·lules vegetals.
Bioquímica de la fotosíntesi en les plantes
La majoria de les plantes són fotoautòtrofes, que vol dir que són capaces de sintetitzar sucres 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 i 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 es convertida en energia química (fase lluminosa) en forma d'ATP I de NADPH, que seran utilitzats en 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 les reaccions independents de la llum en la fase fosca. En les plantes verdes, la reacció global de la fixació de carboni (a vegades anomenada com reducció del carboni) és:
n CO2 + 2n H2O + ATP + NADPH → (CH2O)n + n O2 + n H2O,
on n és definit depenent de l'estructura del carbohidrat resultant. Els sucres 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 es convertit als carbohidrats d'hexosa finals. Aquestos 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. Aquestos processos no sols tenen lloc en 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, aquestos 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 altres pigments fotosintètics, com els carotens i els xantòfits. Tant la clorofil·la com els pigments accessoris esta continguts en els cloroplasts. Encara que totes les cèl·lules vegetals contenen cloroplasts, la majoria de l'energia de la llum es capturada per les fulles. Les cèl·lules en el interior dels teixits de les fulles, anomenat mesòfil, contenen al voltant de un milió de cloroplasts per mil·límetre quadrat de fulla. La superfície de la fulla està uniformement coberta d'una substància resistent a l'aigua, una cutícula de cera, que protegeix a la fulla d'una evaporació excessiva d'aigua, i decreix 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.
Referències
- ↑ Smith, A. L.. Oxford dictionary of biochemistry and molecular biology. Oxford [Oxfordshire]: Oxford University Press, 1997, p. 508. ISBN 0-19-854768-4. «Photosynthesis - the synthesis by organisms of organic chemical compounds, esp. carbohydrates, from carbon dioxide using energy obtained from light rather than the oxidation of chemical compounds.»
- ↑ 2,0 2,1 D. A. Bryant & N.-U. Frigaard «Prokaryotic photosynthesis and phototrophy illuminated». Trends Microbiol, vol. 14, 11, Novembre 2006, pàg. 488. DOI: 10.1016/j.tim.2006.09.001.
- ↑ Nealson K. H., Conrad P. G. «Life: past, present and future». Philos. Trans. R. Soc. Lond., B, Biol. Sci., vol. 354, 1392, December 1999, pàg. 1923–39. DOI: 10.1098/rstb.1999.0532. PMC: 1692713. PMID: 10670014.
- ↑ «World Consumption of Primary Energy by Energy Type and Selected Country Groups , 1980-2004» (XLS). Energy Information Administration, 31-07-2006.
- ↑ Field C. B., Behrenfeld M. J., Randerson J. T., Falkowski P. «Primary production of the biosphere: integrating terrestrial and oceanic components». Science, vol. 281, 5374, Juliol 1998, pàg. 237–40. DOI: 10.1126/science.281.5374.237. PMID: 9657713.
- ↑ Olson JM «Photosynthesis in the Archean era». Photosyn. Res., vol. 88, 2, Maig 2006, pàg. 109–17. DOI: 10.1007/s11120-006-9040-5. PMID: 16453059.
- ↑ Buick R «When did oxygenic photosynthesis evolve?». Philos. Trans. R. Soc. Lond., B, Biol. Sci., vol. 363, 1504, Agost 2008, pàg. 2731–43. DOI: 10.1098/rstb.2008.0041. PMID: 18468984.
- ↑ Gould SB, Waller RF, McFadden GI «Plastid evolution». Annu Rev Plant Biol, vol. 59, 2008, pàg. 491–517. DOI: 10.1146/annurev.arplant.59.032607.092915. PMID: 18315522.
Enllaços externs
 |
A Wikimedia Commons hi ha contingut multimèdia relatiu a: Fotosíntesi |