Panells d'energia
solar fotovoltaica

Instal·lació d'energia solar tèrmica

Planta d'energia solar
termoelèctrica

Fotosíntesi

Fotosíntesi

La fotosíntesi és un procés químic que converteix diòxid de carboni en compostos orgànics, especialment, utilitzant l'energia de la radiació solar.

La fotosíntesi es produeix en les plantes, les algues, i alguns grups 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, ja que els "fotoheterótrofos" utilitzen compostos orgànics, i no diòxid de carboni, com a font de carboni. 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 a la vida a la Terra, ja que a més de mantenir el nivell normal d'oxigen en l'atmosfera, gairebé totes les formes de vida depenen directament com a font d'energia, o indirectament com a font última de l'energia en el seu aliment .

La quantitat d'energia capturada per la fotosíntesi és immensa, d'aproximadament 100 terawatts: això és unes sis vegades l'energia consumida anualment per la civilització humana. En total, els organismes fotosintètics converteixen uns 100.000 milions de tones de carboni en biomassa cada any.

No està clar quan van aparèixer a la Terra els primers organismes capaços d'implementar la fotosíntesi, però la presència de formacions estriades en algunes roques a causa de la presència d'òxid suggereix que els cicles estacionals d'oxigen en l'atmosfera terrestre, un símptoma de la fotosíntesi , van aparèixer toscament Fa dos mil milions d'anys a Archeano.

Reacció química de la fotosíntesi

Durant la fotosíntesi, amb la mediació de la clorofil·la, la radiació solar convertirà 6 molècules de CO2 i 6 molècules H2O en una molècula de glucosa (C6H12O6), sucre fonamental per a la vida de la planta. Com a subproducte de la reacció, es produeixen sis molècules d'oxigen, que la planta allibera a l'atmosfera a través de les estomes que es troben al full.

6 CO2 + 6 H2O → C6H12O6 + 6 O2

La fotosíntesi de la clorofil·la és el procés primari de producció de compostos orgànics de substàncies inorgàniques clarament dominants a la Terra. A més, la fotosíntesi és l'únic procés biològicament important capaç de recol·lectar energia solar, de la qual, bàsicament, depèn la vida a la Terra.

Fases de la fotosíntesi

La fotosíntesi de la clorofil·la, també anomenada fotosíntesi d'oxigen a causa de la producció d'oxigen en forma molecular, es porta a terme per etapes en dues fases:

  • La fase depenent de la llum (o fase de llum), dependent de la llum;
  • La fase de fixació de carboni de la qual el cicle de Calvin és part.

La segona fase de la fotosíntesi també es diu fase en la foscor; el terme, però, pot induir a error, ja que no es refereix a l'absència de llum, ja que alguns enzims que intervenen en aquesta fase s'activen directament per la seva pròpia llum, de manera que la fase de la llum es porta a terme de forma simultània i no a la nit. De fet, en absència de llum té escassetat d'ATP i NADPH, que es formen durant el període de llum i les estomes estan tancats, llavors no hi ha accés a CO2; també es produeix fins i tot inactivitat de certs enzims que són dependents de la llum (Rubisco, 3-PGA deshidrogenasa, fosfatasa i ribulosa quinasa 1,5 bis-fosfat).

El procés fotosintètic té lloc dins dels cloroplasts. Dins d'aquests hi ha un sistema de membranes que formen piles de bosses aplanades (tilacoides), dit gra (del llatí, el singular 'granum'), i dels grans dels llistons de connexió (intergraniche laminetes). Dins d'aquestes membranes, trobem molècules de clorofil·la, agregades per formar els anomenats fotosistemes. El fotosistema I i el fotosistema II es poden distingir. Els fotosistemes són un conjunt de molècules de pigment disposades per envoltar una molècula especial "trampa" de clorofil·la. L'energia del fotó passa de molècula en molècula fins que s'arriba a la clorofil·la especial. En el fotosistema I, la molècula trampa està excitada per una longitud d'ona de 700 nm, en el fotosistema II de 680 nm.

El fotosistema I està format per un LHC (complex que captura la llum) es compon d'aproximadament 70 molècules de clorofil·la a i b, i 13 diferents tipus de cadenes de polipèptids, i un centre de reacció que inclou aproximadament 130 molècules de clorofil·la a aquest P 700, un tipus particular de clorofil·la que té la màxima absorció de llum a 700 nm.

El fotosistema II també es compon d'un LHC, format per aproximadament 200 molècules de clorofil·la en ib, així com de diferents cadenes de polipèptids, i un centre de reacció que es forma a partir d'aproximadament 50 molècules de clorofil·la en l'esmentat P 680, que té la màxima absorció de la llum solar a 680 nm.

Totes aquestes molècules són capaços de capturar l'energia de la radiació solar, però només aquells de clorofil·la són capaços de moure a un estat excitat que activa la reacció fotosintètica. Les molècules que només tenen la funció de captació es diuen molècules d'antena; aquells que activen el procés fotosintètic es diuen centres de reacció. La "fase lluminosa" està dominada per la clorofil·la a, les molècules absorbeixen selectivament la llum en les parts vermella i blau-violeta de l'espectre visible, a través d'una sèrie d'altres pigments adjuvants. L'energia capturada per les molècules de clorofil·la permet la promoció d'electrons des orbitals atòmics de menor energia a orbitals de més energia. Aquests són substituïts immediatament per l'escissió de molècules d'aigua (que, per H2O, es divideix en dos protons, dos electrons i un oxigen gràcies a la fotòlisi, operat per l'OEC fotosíntesi oxigènica associat amb fotosistema II).

Els electrons alliberats per la fotosíntesi de la clorofil·la II s'alimenten a una cadena de transport que consisteix en el citocrom B6f, durant el qual perden energia i es mouen a un nivell d'energia més baix. L'energia perduda es fa servir per bombar protons des del estroma cap a l'espai del tilacoide, creant un gradient de protons. Finalment, els electrons arriben al fotosistema I, que al seu torn, a causa de la llum, ha perdut altres electrons. Els electrons perduts pel fotosistema I es transfereixen a la ferredoxina, que redueix NADP + a NADPH. A través de la proteïna de membrana ATP-sintasa localitzada a la membrana del tilacoide (Capes membranoses internes al cloroplast o, en el cas de bacteris autòtrofs, distribuïts al citoplasma), els ions H + alliberats pel pas de l'aigua d'hidròlisi des l'espai als tilacoides d'estroma, és a dir, cap a gradient, sintetitzar ATP a partir de grups lliures de fosfat i ADP. Es pot formar una molècula d'ATP cada dos electrons perduts pels fotosistemes.

Diversos estudis han demostrat que la planta creix més amb la radiació solar difusa que amb llum directa, amb la mateixa potència de llum entrant. Un estudi emfatitza, però, la rellevància d'altres condicions que modifiquen el creixement de les plantes que varien amb la llum, com la humitat i la temperatura; una llum directa condueix, de fet, a un augment de la temperatura que fa que s'evapori més aigua a la planta.

La fase de fixació del carboni o el cicle de Calvin (també anomenada fase en la foscor o de llum independent fase) implica l'organication de CO2, és a dir, la seva incorporació en compostos orgànics i la reducció del compost obtingut gràcies a la 'ATP derivat de la fase de llum.

En aquest cicle hi ha un compost orgànic fix, ribulosa-bisfosfat, o RuBP, que es transforma durant la reacció fins que torna al seu estat inicial. Les 12 molècules de ribulosa bisfosfato present en el cicle de Calvin reaccionen amb l'aigua i diòxid de carboni de sotmetre a una sèrie de transformacions per l'enzim carboxilasa ribulosa-bisfosfat, o rubisco. Al final del procés, a més de la 12 RuBP recentment sintetitzat, sorgeixen 2 molècules de gliceraldehid 3-fosfat, que són expulsades del cicle com el producte de la fixació neta.

Per a ser activat, el cicle de Calvin requereix energia química i suport a través de la hidròlisi de 18 ATP enADP i oxidació de 12 NADPH en NADP + i ions lliures d'hidrogen H + (que són protons). L'ATP i el NADPH consumits durant el cicle de Calvin es prenen d'aquells produïts durant la fase lleugera i una vegada que s'oxiden, es tornen part del grup disponible per a la reducció. En general, en el cicle de Calvin som consumits 6 molècules de CO2, 6 de aigua, 18 d'ATP i NADPH 12 per formar 2 gliceraldehid 3-fosfat (abreujat com G3P), 18 grups lliures de fosfat, 18 ADP, 12 protons, 12 NADP +.

Les dues molècules de gliceraldehid 3-fosfat format durant el cicle de Calvin s'utilitzen per sintetitzar la glucosa, en un procés perfectament inversa a la glucòlisi, o per a la formació de lípids com ara àcids grassos o aminoàcids (per addició d'un grup amino en l'estructura). Els productes finals de la fotosíntesi, per tant, juguen un paper d'importància fonamental en els processos de l'anabolisme dels organismes autòtrofs.

A més d'un cicle fotosintètic sintètic (només durant el dia i durant l'estació de creixement) i glucosa polisacàrids derivats, les plantes també un cicle oxidatiu oposat (respiració cel·lular) (dia i nit durant tot l'any) els productes fotosintètics utilitzats precisament com aliment de les plantes mateixes.

L'equilibri general dels fluxos d'oxigen i CO 2sin això des de i cap a l'entorn extern és a favor de la fotosíntesi o la planta es comporta com una 'acumulació pou de carboni' (absorbent) en lloc de com una 'font' ( emissor) a l'ambient exterior i viceversa un carboni 'font' d'oxigen en lloc d'un 'pou' d'oxigen. Això es deu al fet que part del carboni absorbit i no utilitzat pel cicle oxidatiu de la planta roman fix en forma de cel·lulosa i ligninaen les parets cel·lulars de les cèl·lules "mortes" que componen la fusta interna de la planta. La fase d'oxidació de les plantes és el que fa que la planta sigui un ésser viu com els altres. El mateix cicle oxidatiu provoca que la temperatura interna de la planta, al seu torn termorregulada per processos fisiològics, sigui generalment diferent a la de l'ambient extern.

valoración: 3 - votos 1

Última revisió: 24 de agost de 2018

Tornar