martes, 17 de octubre de 2017

La fotosíntesis, el nitrógeno (N) y el magnesio (Mg)



CH=CH2                                             CH3
                                H
C                              C                      C
                C                           C
        H3C-C       I                                               II            C-C2H5

                        C              N                           N         C

             HC                                       Mg                                CH

                        C              N                            N                C
       
          H3C
                C           IV                                                        III          C-CH3
             H                         C                            C
                                     
                       HC                             C                       C

                        CH2
                                
                        CH2                           HC                      C=O

                        COOC20H39                             COOCH3

Diagrama de una molécula de clorofila. Es una molécula compleja en la cual el nitrógeno (N) se encuentra ubicado en los cuatro anillos pirrólicos y el magnesio (Mg) ocupa el centro de la misma.

Nitrógeno (N) y magnesio (Mg) son dos nutrientes esenciales, pertenecientes al grupo de los macronutrientes ya que son requeridos por las plantas en cantidades relativamente elevadas. Una vez que el N es absorbido por las plantas, se incorpora a los procesos metabólicos y va a formar parte de aminoácidos y proteínas; y algo muy importante, es constituyente de la molécula de clorofila en la cual está ubicado en los cuatro anillos pirrólicos. Por su parte, el magnesio, una vez que es absorbido por la planta, se convierte en activador de varias enzimas que intervienen en el metabolismo de carbohidratos, grasas y proteínas; además, ocupa el centro de la molécula de clorofila de la cual representa el 2,7%.

La clorofila es un pigmento de color verde, por lo que es responsable en buena parte del color característico del follaje de las plantas cuando están sanas. Estos dos nutrientes, N y Mg, son muy móviles dentro de la planta y por lo tanto su insuficiencia causa síntomas visuales que comienzan en los tejidos más viejos, y por participar en la estructura de la molécula de clorofila, estas insuficiencias se manifiestan con pérdida del color verde característico del follaje de las plantas. Cuando la deficiencia es de N, las hojas más viejas se van tornando pálidas hasta que alcanzan tonos amarillentos, y cuando la deficiencia es de Mg, aparece una clorosis intervenal también en las hojas más viejas.

Pero la clorofila no solo está presente en las plantas para comunicarle ese color verde, sino que está en los cloroplastos de las células para hacer posible que se realice la fotosíntesis, el cual es el proceso más importante que ocurre en la naturaleza, porque gracias a él se mantiene la vida en el planeta. La razón es que esta reacción metabólica permite producir materia orgánica, imprescindible para la constitución de los seres vivos, a partir de la presencia de luz y de sustancias inorgánicas. Sin la fotosíntesis no existiera vida en la tierra.

La función clorofílica, como también se le conoce, es un proceso sumamente complejo, pero expresado de una manera muy sencilla es la producción de sustancias orgánicas a partir de CO2 y H2O en presencia de luz y de la clorofila que se encuentra en los cloroplastos de las células. Consta de dos fases, la fotoquímica o Reacción de Hill, en la cual la clorofila absorbe todo el espectro de la luz visible excepto el verde (500-600 nm), y promueve una reacción química cuando la energía de los fotones causa la fotólisis del agua que se desdobla en oxígeno (O) e hidrógeno (H), el O es liberado a la atmósfera y el H es fuente de electrones para sintetizar ATP (Adenosin trifosfato) y NADPH (Nicotiamida adenin dinucleótido fosfato) encargados de almacenar y transportar energía. La energía luminosa se ha transformado en energía química.

La otra fase es la oscura (aunque se realiza en presencia de luz) o Ciclo de Calvin, referida a la fijación de CO2, que junto con el ATP logran formar el primer compuesto orgánico en forma de moléculas de gliceraldehido-3-fosfato, que tienen 3 átomos de carbono, a partir de las cuales se forman los carbohidratos. Esto lo hacen las plantas C3, las plantas conocidas como C4 añaden un paso más al Ciclo de Calvin y su primer compuesto orgánico resultado de la fotosíntesis es una molécula de 4 carbonos denominada oxaloacetato.

Hay otro grupo de plantas, las CAM (Crassulean Acid Metabolism) con el metabolismo ácido de las crasuláceas que consiguen fijar el CO2 por la noche ya que de día los estomas permanecen cerrados (cactáceas y otras). Durante la noche ocurre el intercambio gaseoso, expulsan oxígeno y absorben CO2 que lo mantienen en forma de ácido málico hasta la mañana siguiente, cuando en presencia de la luz, realizan la fotosíntesis extrayendo el CO2 del ácido para transformarlo en azúcares.

De esa manera, las plantas y todos los organismos autótrofos, resumen la historia de la vida en la tierra cuando son capaces de producir toda la materia orgánica que existe en el planeta, y siendo además los responsables de la presencia de oxígeno en la atmósfera. En un principio, la atmósfera no tenía oxígeno y era rica en CO2, vapor de agua y nitrógeno, un ambiente irrespirable para la gran mayoría de las especies actuales que requieren oxígeno para poder vivir. Así, las plantas y ciertas bacterias, hace más de 2.000 millones de años, iniciaron el proceso de fotosíntesis transformando la atmósfera al incrementar sustancialmente su proporción de oxígeno, posibilitando la vida actual.

Hay una fotosíntesis anoxigénica, que se realiza en medios acuáticos por las bacterias rojizas y verdes del azufre, las cuales utilizan el H del H2S liberando azufre; y otra oxigénica, que es realizada en medios acuáticos por algas y cianobacterias, y en medio terrestre por las plantas verdes, que utilizan el H del agua (HOH) liberando oxígeno a la atmósfera. Se estima que la cantidad de carbono (C) fijado en la fotosíntesis es espectacular, con una producción anual de materia orgánica seca del orden de 1,55x1011 toneladas, de las cuales aproximadamente 60% es formada en tierra firme y el 40% restante en océanos y aguas continentales.

En resumen, la ecuación general de la fotosíntesis es la siguiente:

                6 CO2 + 6 H2O            C6H12O6 + 6 O2

Es decir, se fija CO2 de la atmósfera y se libera Oxígeno en la producción de materia orgánica, razón por la cual, ya en 1772, el británico Joseph Priestly se refiere al papel depurador de la vegetación en la naturaleza, de la siguiente manera: “Por estos descubrimientos (la fotosíntesis) estamos seguros que los vegetales no crecen en vano sino que limpian y purifican nuestra atmósfera”.

Sembremos árboles, no talemos innecesariamente y cuidemos la vegetación existente.


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Pedro Raúl Solórzano Peraza
Agosto de 2017.