Les vencimos

1º Bachillerato Biología, Geología y Ciencias Ambientales

Lección 35 · F · Fisiología e histología vegetal

Fotosíntesis: el balance y por qué importa

1º Bachillerato Biología, Geología y Ciencias Ambientales · CyL Decreto 40/2022 · bloque F

Objetivos

  1. Escribir la ecuación global y leer la luz como energía, no como un reactivo más.
  2. Explicar que el O2 sale del agua, que el carbono del CO2 pasa al azúcar, y situar el proceso en la hoja y en el cloroplasto.
  3. Decir por qué importa (entrada de carbono y de energía, y oxígeno) y qué se detiene si faltan luz, agua o CO2, sin confundir una medida de luz con la tasa.

Explicación

La fotosíntesis es la entrada de carbono y de energía en la red trófica de casi todos los ecosistemas, y es también una fuente del oxígeno que respira el resto de la biosfera. No es «la respiración al revés» ni un sinónimo de «tener hojas verdes». En 1º de Bachillerato el saber que hay que dominar es el balance: qué entra, qué sale, de dónde sale cada producto y por qué el proceso se para.

Dónde ocurre

En una planta, el lugar es la hoja, sobre todo el parénquima en empalizada, donde las células acumulan cloroplastos. El cloroplasto es el orgánulo en el que ocurre el proceso. Con eso basta para situarlo: no hace falta abrir el cloroplasto en compartimentos ni nombrar la maquinaria interna. Una raíz típica o un tallo leñoso sin clorofila no son el lugar, aunque sus células estén vivas. Una cianobacteria también hace una fotosíntesis que desprende oxígeno y no tiene cloroplasto: el orgánulo es la versión de la planta, no la definición del proceso.

La ecuación global, y lo que esconde

La ecuación que se memoriza es 6 CO2 + 6 H2O → C6H12O6 + 6 O2. La luz no aparece como reactivo porque no es materia: es la energía que empuja una transformación que, sola, no ocurre. Si se lee la ecuación como una resta de letras, parece que el CO2 se parte en carbono y oxígeno gaseoso, y entonces el agua sobra. No es así. El oxígeno que se desprende sale del agua. El carbono del CO2 es el que acaba en el azúcar. Por eso una hoja sin agua no puede seguir soltando oxígeno «con el aire», y por eso el agua está en el lado de los reactivos aunque el producto que nos llama la atención sea el O2.

La planta, además, respira en las mitocondrias de día y de noche. De día, si hay luz, agua y CO2, la fotosíntesis puede superar a esa respiración: hay entrada neta de carbono y salida neta de oxígeno. De noche el balance fotosintético se detiene y solo queda la respiración: la hoja libera CO2. El verde no demuestra que en ese instante se esté incorporando carbono.

Por qué importa

El azúcar es carbono que estaba en el aire, ahora en materia orgánica, y es energía química que venía de la luz. Los heterótrofos viven de esa puerta de entrada: comen la planta o a quien la comió. Sin este balance, la red trófica no tiene de dónde sacar carbono ni energía nuevos. El oxígeno que sale del agua recarga el que la respiración aerobia consume. Las tres consecuencias van juntas: materia, energía y O2. Quedarse solo con «la planta suelta oxígeno» deja fuera la mitad del balance, que es la entrada de carbono.

Qué se detiene si falta luz, agua o CO2

Sin luz no hay energía que empuje la ecuación. El CO2 del aire no se convierte solo en azúcar. De noche la hoja no fabrica glucosa «más despacio»: cambia de signo y respira. La reacción global no es espontánea.

Sin agua faltan el sustrato del que sale el oxígeno y, en una hoja real, se cierran los estomas. Cerrados, el CO2 deja de entrar. El daño es doble: no hay de dónde sacar el O2 y no hay carbono que incorporar. Una planta marchita a pleno sol no está en el máximo. Le sobra luz y le falta agua.

Sin CO2 la hoja puede estar iluminada e hidratada y aun así no hay carbono que pasar al azúcar. Seguir iluminando una hoja en un frasco cerrado, sin reponer el gas, no aumenta la producción: agota el reactivo que el balance necesita. La luz, otra vez, es necesaria y no es suficiente.

Balance en la hoja: el oxígeno sale del agua Una hoja con cloroplastos. La ecuación global consume dióxido de carbono y agua y produce azúcar y oxígeno. La luz es energía, no materia. El oxígeno sale del agua y el carbono del dióxido de carbono pasa al azúcar. hoja · cloroplastos 6 CO2 + 6 H2O → azúcar + 6 O2 La luz es la energía. No es un reactivo. H2O → de aquí sale el O2 CO2 → el carbono del azúcar Entran carbono y energía. Sale oxígeno.
Tres ausencias, tres paradas del balance Sin luz no hay energía y el balance no ocurre. Sin agua no hay origen del oxígeno y el estoma se cierra. Sin dióxido de carbono no hay carbono que incorporar al azúcar. Sin luz no hay energía el balance no ocurre Sin agua no hay origen del O2 y el estoma se cierra Sin CO2 no hay carbono que pasar al azúcar

Glosas de esta lección

Balance global. Ecuación que resume lo que entra y lo que sale. No dice, si no se añade, que el O2 sale del agua.

Cloroplasto. Orgánulo de la célula vegetal donde ocurre el proceso. En la hoja, no en la raíz típica.

Oxígeno fotosintético. El que se desprende. Sale del agua, no del CO2.

Estoma. Poro de la hoja. Si se cierra por falta de agua, el CO2 deja de entrar y el balance se queda sin carbono.

Fotosíntesis neta. Lo que queda después de restar la respiración. De noche es negativa: sale carbono.

Ejemplo resuelto

Enunciado. «Una hoja en un frasco, a oscuras, sigue fabricando glucosa con el CO2 del aire. Otra, al sol y marchita, produce más porque recibe más fotones. El oxígeno del frasco sale del CO2. Medir la luz con un sensor bajo la copa es medir la fotosíntesis.» Los números del sensor, si se usan, son datos de ejemplo.

  1. Oscuridad. Sin luz no hay energía para el balance. El CO2 del frasco no se convierte solo en azúcar. La hoja respira y el oxígeno del frasco baja. De noche el signo del carbono es de salida.
  2. Marchita al sol. Los fotones sobran y el agua no. Del agua sale el O2 del balance, y además los estomas se cierran y entra poco CO2. Más luz no repone el agua que falta.
  3. Origen del O2. Es el agua. El carbono del CO2 va al azúcar. La ecuación, leída como una resta de letras, invita al error; decir de qué molécula sale cada producto lo corrige.
  4. Sensor. Una fotorresistencia bajo la copa y otra al sol pueden dar, como dato de ejemplo, 180 y 740 en el conversor. Eso compara luz, no moles de CO2 incorporados. El balance depende también del agua y del CO2. La lectura no es una tasa.

Medir con placa

Abierta a propósito. Sirve para comparar luz a pleno sol y a la sombra de un dosel. No mide la fotosíntesis: no cuenta CO2, no cuenta O2 y no sabe si el estoma está abierto.

Fotorresistencia (LDR) en un divisor de tensión. Un extremo de la LDR a 5 V (o a 3,3 V si la placa es de 3,3 V). El otro extremo al pin A0 y, desde ese mismo nudo, una resistencia fija de 10 kΩ a GND. Cuanta más luz, menos resistencia ofrece la LDR y más sube la tensión en A0, en este montaje. La cuenta es relativa. No es lux y no es una tasa fotosintética. Un BH1750 daría lux con una librería instalada en la placa, fuera de esta página; no hace falta para la comparación sol/sombra y no acercaría el dato a la fotosíntesis.

// LDR en divisor. LDR entre 5 V y A0. 10 kohm entre A0 y GND.
// Imprime la cuenta del ADC. No son lux y no es fotosintesis.
const int PIN = A0;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  int lectura = analogRead(PIN);
  Serial.println(lectura);
  delay(500);
}

En la Raspberry Pi, pyserial sobre el USB. Puerto habitual /dev/ttyACM0. No importes una librería de luz.

# pyserial: import serial. Misma velocidad que el Arduino.
import serial
puerto = serial.Serial("/dev/ttyACM0", 9600, timeout=2)
linea = puerto.readline().decode("utf-8", errors="replace").strip()
print(linea)  # cuenta relativa; sol frente a sombra, no fotosintesis

Anota hora, si la hoja está turgente y si el dosel es denso. Dos números distintos dicen que la luz no es la misma. No dicen cuánto CO2 se fijó.

Laboratorio · agua, CO2 y luz Abrir en pestaña →

Si el marco no carga (file://), abre l35-fotosintesis.html.

Comprueba

Escribe el razonamiento completo antes de abrir. El lienzo es para dibujar el esquema de esta lección, no para decorar.

¿Por qué el oxígeno del balance no sale del CO2, y dónde ocurre el proceso?

Respuesta: Porque el O2 que se desprende sale del agua, no de partir el CO2. El carbono del CO2 es el que pasa al azúcar. En la planta el proceso ocurre en los cloroplastos de la hoja. La ecuación global junta entradas y salidas y, si no se dice el origen, parece que el gas sale del aire.

Por qué: Si el oxígeno saliera del CO2, la hoja podría emitirlo a oscuras siempre que hubiera aire, y el agua no haría falta como sustrato. No ocurre ninguna de las dos cosas: sin luz el balance se para y sin agua no hay de dónde sacar ese O2. El carbono del CO2 se queda en la materia orgánica, que es la otra mitad del balance.

Hoja marchita a pleno sol. ¿Por qué no es el caso de máxima fotosíntesis?

Respuesta: Porque el agua falta, y del agua sale el oxígeno del balance. Además los estomas se cierran y no entra CO2, así que tampoco hay carbono que incorporar al azúcar. La luz es necesaria y no es suficiente.

Por qué: Igualar fotosíntesis y «cantidad de fotones» es lo mismo que creer que el sensor de luz mide el proceso. El sensor solo ve la luz. El balance necesita también agua, de la que sale el O2, y CO2, cuyo carbono pasa al azúcar. Con la hoja marchita sobra energía y faltan los dos reactivos de materia.

De noche, con CO2 en el aire, ¿qué signo tiene el intercambio neto de carbono de la hoja?

Respuesta: Negativo para la fijación. Sin luz no hay energía para el balance, la incorporación de carbono se detiene y la mitocondria sigue respirando. La hoja libera CO2. No fabrica glucosa «más despacio».

Por qué: El balance global escrito sin la luz al lado invita a pensar que es una reacción espontánea, que ocurriría siempre que hubiera CO2 y agua. No lo es: la luz es la energía que lo empuja. De noche esa energía no está, el signo del carbono se invierte y solo queda la respiración.

Cierre

El balance junta CO2 y agua para dar azúcar y O2, con la luz como energía. El oxígeno sale del agua y el carbono del CO2 pasa al azúcar. Ocurre en los cloroplastos de la hoja. Importa porque por ahí entran carbono y energía en la red trófica, y porque sale oxígeno. Sin luz, sin agua o sin CO2 el balance se para por una razón distinta. Una LDR compara luces; no mide la fijación.

Reto

El balance, el lugar y una lectura que no es la tasa

Dibuja en el lienzo la hoja con cloroplastos, lo que entra (luz como energía, agua, CO2) y lo que sale (azúcar y O2), y marca que el O2 sale del agua. En el texto, di qué se para sin luz, sin agua y sin CO2, en tres frases separadas. Si usas la placa, anota sol y sombra como datos de ejemplo y escribe por qué esos números no son una tasa de fotosíntesis.

reto_id: bach1-bgca-L35