resumen 7

Cerbada Dominguez Marlen

Art 7  energía de biomasa

Fotosíntesis

La energía solar que llega la biósfera (~3.1024 J/año) es captada y convertida en biomasapor los ecosistemas terrestre y acuático con una eficiencia del 0,1% (~3.1021 J/año) almacenándose en 200 Gt (peso seco) de material vegetal por año a expensas de la energíasolar, pues ~30 GJ corresponde a la síntesis de ~2 toneladas biomasa .Cuando se compara la producción anual de biomasa con las reservas energéticas yaalmacenadas en la propia biomasa y en los combustibles fósiles, resulta que dichaproducción anual de biomasa es sólo un orden de magnitud menor que las mismas.

Por otra parte, la energía solar que fija el reino vegetal en su conjunto es 10 vecesmayor que la energía consumida como tal por la humanidad y unas 200 veces mayor quela energía consumida como alimento.

Aunque el ecosistema acuático cubre aproximadamente 2/3 de la superficie de laTierra, produce aproximadamente la misma cantidad de biomasa que el terrestre, debido aque éste presenta una eficiencia que al menos duplica la del marino.

Teniendo en cuenta que la Tierra, con un diámetro del orden de 104 km, presenta unasuperficie de unas 5.1010 ha, se puede calcular que el rendimiento medio de biomasa secaes de 4 t/ha.año, correspondiendo al menos 6 t/ha.año al ecosistema terrestre y 3 t/ha.añoal acuático (6). Cabe mencionar que el rendimiento que puede alcanzar el cultivo de cañade azúcar es 60 t/ha.año, el del maíz 50 t/ha.año, el de los bosque entre 10 y 40 t/ha.año,el del camalote 150 t/ha.año, el de las algas entre 50 y 200 t/ha.añoLa fotobiología comprende una franja estrechísima de 300 a 1100 nanómetros, de laque dependen la visión, las taxias, los tropismos, la dormición, la floración, lamaduración, y sobre todo la fotosíntesis que es la conversión biológica de la energía solaren energía química. Estos procesos no pueden tener lugar en la región ultravioleta o la delinfrarrojo lejano, porque las radiaciones de estas longitudes de onda no son apropiadaspara las reacciones fotobiológicas.

Los límites energéticos de la fotobiología se sitúan más o menos, entre 100 y 400kJ/mol de fotones, siendo las radiaciones de longitud de onda inferior a 300 nm, es decircon una energía superior a 400 kJ/mol, incompatibles con la viLas células no pueden emplear o almacenar la energía química directamente, sino que la

tienen que convertir en energía química, más fácil de utilizar. Las reaccionesbioenergéticas pueden explicarse en términos de transferencia de electrones entrmoléculas .

Existen dos tipos de fotosíntesis, una llamada oxigénica que es llevada a cabo por lasplantas, algas y cianobacterias y el agente reductor es el agua; otra anoxigénica que escumplida por bacterias donde diversos compuestos orgánicos u inorgánicos actúan comodonadores de electrones, según la especie. Estas substancias relativamente infrecuentesdeterminaron que las bacterias fotosintéticas anaeróbicas se desarrollen solamente en

fuentes sulfúreas, fondos lacustres y ambientes similares .

La fotosíntesis se inicia con la captación de la luz por los pigmentos fotosintéticosaccesorios y su conversión en energía electrónica por los pigmentos clorofílicos de loscentros de reacción. Luego la energía electrónica se transforma en energía química yqueda almacenada como tal. En la etapa siguiente, de naturaleza no fotoquímica aunque laluz es necesaria para activar determinadas enzimas, la energía química almacenada se

utiliza para la reducción del dióxido de carbono y la consiguiente síntesis decarbohidratos

La unidad fotosintética básica está constituída por moléculas de clorofilas y otrospigmentos que actúan como antenas y por clorofila a especializada. Existen distintos tiposde clorofila pero todos tienen un anillo tetrapirrólico cíclico (porfirina) con un átomo demagnesio en el centro Los pigmentos fotosintéticos se encuentran organizados, estructural yfuncionalmente, en las membranas biológicas que en las bacterias verdes y purpúreas sedisponen en estructuras conocidas como clorosomas y cromatóforos, respectivamente. En

los organismos que realizan la fotosíntesis oxigénica, los pigmentos están localizados enunas vesículas membranosas aplastadas y cerradas llamadas tilacoides. La disposicióncelular de los tilacoides en cianobacterias es variable, pero en las algas y las plantasuperiores se distribuyen de manera ordenada formando pilas (granas), que a su vez seconectan entre sí por medio de lamelas, dentro del estroma de los orgánulos

citoplasmáticos denominados cloroplastos La molécula de clorofila absorbe un fotón y pasa a un estado excitado con mayorenergía. La absorción de la luz azul excita a un nivel superior que el alcanzado con la luz

roja. La clorofila es muy inestable en el estado excitado de mayor energía y rápidamentecede algo de su energía al ambiente en forma de calor. Entra luego en un estadoenergético inferior donde se mantiene algunos nanosegundos y puede iniciar el procesofotoquímico mediante reacciones extremadamente rápidas. Alternativamente puede emitirun fotón en un proceso de fluorescencia dentro de la región roja del espectro, o retornar alestado inicial convirtiendo la energía de excitación en calor o transferirla a otra molécula

de pigmento.

La primera etapa del proceso de conversión y almacenamiento de la energía radiantees común a los distintos tipos de organismos fotosintéticos, estando promovida por lasmoléculas clorofílicas especializadas de los centros de reacción, cada una de las cuales seencuentra estrechamente asociada a un aceptor y a un donador primario de electrones. Lamolécula de clorofila se excita por la luz y cede uno de sus electrones más externos alaceptor, quedando la clorofina oxidada y el aceptor reducido. La clorofila oxidada actúa,por su parte, como un fuerte agente oxidante que capta un electrón del donador. Éste seoxida y la clorofila recupera su estado original. El donador oxidado y el aceptor reducidorecuperan su estado original al interaccionar con los sistemas redox vecinos del aparatofotosintético. De esta manera se transfieren los electrones impulsados por la luz de un

compuesto a otro a través de las denominadas cadenas de transporte fotosintético deelectrones. Los componentes de estas cadenas suelen ser proteínas de origen hemínico(citocromos), átomos de cobre (plastocianina) o centros sulfoférricos (ferredoxina), asícomo feofitinas y quinonas, variando de unos organismos a otros en función del tipo defotosíntesis que llevan a cabo