LA FOTOSÍNTESISA través del tiempo-David Vazquez Ortiz

INTRODUCCION◦ La fabricación por parte de la planta de compuestos ricos en energía, es uno de los

procesos químicos mas importantes del mundo.◦ Las investigaciones se iniciaron hace 300 años.◦ Las ideas que tenían los científicos naturalistas de tiempos pasados eran muy

absurdas.◦Desde el siglo xx hacia periodos anteriores existían grandes errores científicos y

falsas hipótesis.◦ En el siglo XVII se comenzó el estudio experimental de la fisiología vegetal.

TEORIA DE LA TRANSMUTACION◦ Se creyó que la transmutación era un proceso a través del cual se podía cambiar

una sustancia en otra.◦ Los investigadores notaron que:

Cuando el agua se evaporaba por ebullición en un recipiente, quedaba en el fondo de este un pequeño residuo de cristales.

Se explico

El agua se había transmutado a “material térreo”

SIGLO XVII◦Se sabia muy poco o nada acerca de la naturaleza de los gases que se les llamaba “ sustancias aeroformes”◦Muchos creían que se trataba de espíritus liberados cuando se calentaban ciertos sólidos, mientras que otros los consideraban realmente vivos. ◦La falta de conocimientos jugó un papel muy importante en las primeras investigaciones sobre la fotosíntesis.

TEORIA DEL FLOGISTOSIGLO XVII◦Se origino para explicar muchos fenómenos, especialmente el de la

combustión de algunas sustancias. ◦Se creyó que:

Las llamas que brotaban hacia arriba y hacia fuera del objeto que se quemaba, representaban algo que se escapaba de él.

◦Hoy en día se sabe que las sustancias que se queman se unen con el oxigeno .◦Si se pasan todos los productos del proceso de la combustión (incluyendo compuestos gaseosos que se liberan), el peso es mayor después que antes de quemarse.◦El peso adicional se explica por la cantidad de oxigeno usado en el proceso de la combustión.

◦ La teoría flogisto considero un gran numero de fenómenos observables.

◦ Los primeros científicos notaron que:

Cuando una vela ardía bajo una campana sellada se apagaba después de cierto tiempo.

Al hecho de que no hay más oxigeno en el aire contenido dentro de la campana

Se debe

◦Decían que el aire estaba “flogisticado”◦Este aire “flogisticado” se dijo que estaba “fijo” y por lo tanto, era incapaz de favorecer la combustión.◦El aire que estaba presente dentro de la campana antes de que la vela ardiera era llamado “aire desflogisticado”.

¿CÓMO CRECE UNA PLANTA? ¿DE DONDE SE OBTIENEN MATERIALES PARA CONSTRUIR

MATERIAL VEGETAL ADICIONAL?

◦ Jan Baptista Van Helmont (157-1644)◦ Llevo a cabo un experimento muy significativo con un árbol de sauce:◦ Tomó una macetera, en la cual colocó 90.7kilos de tierra secada en un

horno, la humedeció con agua de lluvia y sembró en ella un tronco o tallo de sauce que pesaba 2.30 kilos.

◦Después de 5 años de cuidado, el árbol creció y pesaba 76.74 kilos.◦ Cuando era necesario, Jan siempre humedecía la tierra de la macetera

con agua de lluvia o agua destilada; la macetera era grande y estaba implantada en la tierra.

◦ Para que el polvo en los alrededores no se mezclará con la tierra, cubrió los bordes de la macetera con una placa de hierro cubierta con plomo y con muchos huecos.

◦ Finalmente, sacó de nuevo la tierra que había en la macetera y se encontraron los mismos 90.7 kilos, faltando unos 56.7 gramos.

◦ Por lo tanto, 74.5 kilos de madera, corteza y raíces se formaron solamente de agua.

◦ A él le pareció que la materia vegetal, representada por la ganancia en peso, había venido solamente del agua, puesto que no había habido una perdida de peso apreciable en la tierra.

◦ Asume que el agua ha sido transmutada en madera, pues la consideró un material “térreo”

◦ La ganancia en peso mostrado por la planta se debió totalmente al agua utilizada para su riego durante los 5 años.

CONCLUSIÓN

ULTIMA PARTE DEL SIGLO XVII◦ El desarrollo del microscopio y uso en ciencias naturales llevó al descubrimiento de

que las hojas de las plantas tienen muchas aberturas (estomas) en sus superficies.◦ Los microscopistas consideraban las hojas de las plantas como órganos digestivos y

los poros funcionales como salidas para productos de desecho de la digestión.◦ El sacerdote inglés Stephen Hales (1677-1761) fue uno de los primeros en notar

que tal vez el agua no es la única relacionada con la nutrición de las plantas.

Su experimento:◦ Sospechaba que las hojas y los tallos de las plantas absorbían aire

elástico.◦ Coloco una planta de menta bien arraigada en una cisterna de vidrio

llena de tierra, y entonces echó dentro tanta agua como pudo contener; sobre la cisterna de vidrio coloco un vaso invertido zz, aa.

◦ Así el agua fue elevada por medio de un sifón hacia aa.◦ Al mismo tiempo coloco también, de la misma manera, otro vaso

invertido zz, aa de igual tamaño que el anterior, pero sin ninguna planta dentro de él.

Conclusión:◦ Concluyó que las plantas toman algo del aire.◦ También demostró que las plantas cambiaban la composición del aire,

sin embargo, no estuvo seguro sobre qué clase de cambio era el que se producía.

◦ Las plantas interaccionan con la atmosfera. Como resultado hubo un volumen menor de gases en el recipiente.

◦De cierto modo las plantas afectan las condiciones de la atmosfera con la cual se ponen en contacto. La composición original de la atmosfera en el recipiente cambio ligeramente.

A través de este trabajo se estableció la interacción entre las plantas y la atmosfera. Sin embargo, la naturaleza exacta de esta interacción, permaneció oscura.

LOS QUIMICOS ENTRAN EN ESCENA

◦ El químico inglés Joseph Priestley (177733-1804) se interesó en la investigación de los gases que se relacionaban con la vida de la planta.

◦Descubrió que una vela permanecía encendida en un espacio cerrado (una campana invertida) solamente por un cierto periodo de tiempo, notó también que un ratón se sofocaba rápidamente cuando se colocaba en una situación similar.

◦ Reconoció por lo tanto, que de alguna manera los animales y las velas prendidas “dañaban” el aire, tornándolo incapaz de mantener la vida.

CONCLUSIÓN:◦Las plantas intervienen el afecto de la respiración.◦Los animales afectan la atmosfera añadiendo algo a ella, mientras que las plantas sustraen algo de ella cuando purifican la atmosfera.

El prosiguió la experimentación de Priestley Confirmo que las plantas son las capaces de purificar o restaurar el aire.El descubrió por primera vez que la fotosíntesis necesitaba luz para sus procesos fotosíntesis.

En la última parte del siglo XVIII se fue abandonando la teoría del flogisto y se empezó a enfocar en reacciones Algo que proviene del aire + Agua Material vegetal +Aire Restaurado

CO2 + H2O C6H12O6+ O2

BERTHOLLET

Dijo que el oxígeno que se desprendía de la fotosíntesis provenía del agua

JEAN SENEBIER

Se opuso a las conclusiones de BertholletAfirmaba que el hidrogeno provenía del dióxido de carbono

NICOLAS THEODORE

DE SAUSSURE

Se dio cuenta que el proceso de fotosíntesis resultaba de la ruptura del dióxido de carbono, liberación del oxígeno y la unión del carbono con el agua, para producir compuestos vegetales.Concluyo que el oxígeno era liberado por producto del anhídrido carbónico

Van Niel

Proponia que todo era acción de las bacterias sulfurosas purpereas que actuaban sobre el CO2 y liberaban O2 como parte de su función fotosintetica

Científicos de la Universidad de California

En 1941 Expusieron un alga verde a un agua marcada con oxígeno 18

Llegaron a la conclusión que el oxígeno liberado de la fotosíntesis venia de las moléculas del agua

FOTOSINTESIS (Visión Moderna)

En 1905, Frederick Frost Blackman midió la velocidad a la que se produce la fotosíntesis en diferentes condiciones. En un primer momento se centró en observar como variaba la tasa de fotosíntesis modificando la intensidad lumínica, apreciando que cuando la planta era sometida a una luz tenue cuya intensidad se iba incrementando hasta convertirse en moderada, aumentaba la tasa fotosintética, pero cuando se alcanzaban intensidades mayores no se producía un aumento adicional.

Con posterioridad investigó el efecto combinado de la luz y de la temperatura sobre la fotosíntesis:

“si bien en condiciones de luz tenue un aumento en la temperatura no tenía repercusión alguna sobre el proceso fotosintético, cuando la intensidad luz y los grados aumentaban la tasa de fotosíntesis si que experimentaba una variación positiva. Finalmente, cuando la temperatura superaba los 30 °C, la fotosíntesis se ralentizaba hasta que se sobrevenía el cesamiento del proceso.”

A consecuencia de los resultados obtenidos, Blackman planteó que en la fotosíntesis coexistían dos factores limitantes, que eran la intensidad lumínica y la temperatura.

Cornelius Bernardus van Niel(1920)

◦ tras haber estudiado a las bacterias fotosintéticas del azufre, que el oxígeno liberado en la fotosíntesis provenía del agua y no del dióxido de carbono, extrayéndose que el hidrógeno empleado para la síntesis de glucosa procedía de la fotólisis del agua que había sido absorbida por la planta. 

Robert Hill(1937)

◦ logró demostrar que los cloroplastos son capaces de producir oxígeno en ausencia de dióxido de carbono, siendo este descubrimiento uno de los primeros indicios de que la fuente de electrones en las reacciones de la fase clara de la fotosíntesis es el agua. 

Melvin Calvin inició sus estudios e investigaciones sobre la fotosíntesis, que le valieron el Premio Nobel de Química de 1961.

Gracias a la aplicación del carbono 14 radioactivo detectó la secuencia de reacciones químicas generadas por las plantas al transformar dióxido de carbono gaseoso y agua en oxígeno e hidratos de carbono, lo que en la actualidad se conoce como ciclo de Calvin.

Daniel Arnon

◦ A pesar de que realizó descubrimientos botánicos de notable importancia es principalmente conocido por sus trabajos orientados de cara a la fotosíntesis. Fue en 1954, cuando sus colegas y él emplearon componentes de las hojas de las espinacas para llevar a cabo la fotosíntesis en ausencia total de células para explicar cómo éstas asimilan el dióxido de carbono y cómo forman ATP.

◦ En el año 1982, los químicos alemanes Johann Deisenhofer, Hartmut Michel y Robert Huber analizaron el centro de reacción fotosintético de las bacteria Rhodopseudomonas viridis, y para determinar la estructura de los cristales del complejo proteico utilizaron la cristalografía de rayos X. Sin embargo, esta técnica resultó excesivamente compleja para estudiar la proteína mencionada y Michel tuvo que idear un método espacial que permitía la cristalografía de proteínas de membrana.

◦ Cuando Michel consiguió las muestras cristalinas perfectas que requería su análisis, su compañero de investigación desenvolvió los métodos matemáticos para interpretan el patrón de rayos X obtenido. Aplicando estas ecuaciones, los químicos lograron identificar la estructura completa del centro de reacción fotosintética, compuesto por cuatro subunidades de proteínas y de 10.000 átomos. Por medio de esta estructura, tuvieron la oportunidad con detalle del proceso de la fotosíntesis, siendo la primera vez que se concretó la estructura tridimensional de dicha proteína.