Metabolismo acuático

Módulo 4
Fotosíntesis y respiración en el agua
Introducción
La fotosíntesis es el proceso más importante de nutrición autotrófica, a través del cual los organismos fabrican su propio alimento utilizando la luz como fuente de energía. En términos hidrobiológicos, por cada mol
de carbono que se fija en el agua se produce una mol de oxígeno. El proceso puede ser contrario, es decir,
la oxidación biológica de carbohidratos consume oxígeno y libera dióxido de carbono; a este proceso se lo
conoce como respiración.
En un ecosistema acuático, como un
lago, se presentan simultáneamente los procesos de la fotosíntesis y la respiración .
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FOTOSÍNTESIS Y RESPIRACIÓN, el pdf “La ley de Beer“.
Capítulo 2. Ecosistemas acuáticos
Contenido
4.1 La fotosíntesis
4.2 La respiración
4.3 Otras rutas del carbono
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4.1 La fotosíntesis
Es el proceso más importante de nutrición autotrófica, a través del cual los organismos fabrican su
propio alimento utilizando la luz como fuente de energía (figura 4.1). Hay que aclarar, sin embargo,
que el espectro electromagnético solo influye en los sistemas biológicos en una franja entre 100 y
1000 nm (Strasburger, 1991).
Energía [4 kJ por einstein]
108 107 106 105 104 103 102 101 100 10−1 10−2 10−3 10−4 10−5 10−6 10−7
Longitud de onda [cm]
10−11 10−10 10−9 10−8 10−7 10−6 10−5 10−4 10−3 10−2 10−1 100 101 102 103 104 105
— Rayos c →|
Luz
Ultrarroja
Rayos X → UV
Producción
calórica
Onda de ruido
F
Espectro de la radiación electromagnética con las cantidades de
energía que se han asignado a
las longitudes de onda. El área
de longitudes de onda entre 100
y 1000 nm es de importancia biológica.
A: Muerte bacteriana.
B: Quemaduras en piel humana.
C: Área fotosintética, formación
de ATP por plantas verdes.
D: Luz visible para el ojo humano.
E: Área fotosintética, formación
de ATP por bacterias.
F: Equivalente energético estándar para la descomposición del
ATP.
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 nm
C, D
E
AB
Figura 4.1. Espectro de radiación electromagnética y su efecto sobre algunos procesos biológicos (Strasburger, 1991).
Como se estableció en el módulo 1, el proceso de la fotosíntesis se puede expresar por medio de la
siguiente ecuación estequiométrica:
6CO2 + 6H2O
luz
clorofila
1C6H12O6 + 6O2
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Módulo 4. Fotosíntesis y respiración en el agua
En la ecuación de la fotosíntesis también se observa que seis moles de dióxido de carbono reaccionan con seis de agua (en presencia de luz y de pigmentos fotosensibles) para producir un mol de
glucosa y seis de oxígeno. En términos hidrobiológicos, puede decirse también que por cada mol de
carbono que se fija en el agua se produce un mol de oxígeno.
Con base en la ecuación de la fotosíntesis se infiere que, en términos termodinámicos, el proceso no
es espontáneo, es decir, requiere energía radiante del sol. Dentro del espectro electromagnético, la
luz visible que es potencialmente aprovechada por los organismos fotosintetizadores es aquella que
posee longitudes de onda entre 400 y 700 nm (Wetzel, 2001).
En especial, los fotosistemas de las cianobacterias, las algas y las plantas se activan a 430 y a 665
nm. Los contenidos energéticos según las longitudes de onda se muestran en la tabla 4.1 (Strasburger, 1991).
Tabla 4.1. Contenidos energéticos en el espectro visible de la radiación electromagnética (Strasburger, 1991).
Contenido de energía (einstein) para diferentes longitudes de onda.
Longitud de onda [nm]
Color
kJ por einstein
400
Violeta
298,63
500
Azul
238,90
600
Amarillo
199,10
700
Rojo profundo
170,64
800
Infrarrojo
149,34
900
Infrarrojo
132,72
4.2 La respiración
El proceso fotosintético puede ser reversible, es decir, la oxidación biológica de carbohidratos consume oxígeno y libera dióxido de carbono, proceso conocido como respiración:
1C6H12O6 + 6O2
6CO2 + 6H2O
En un ecosistema acuático, tal como un lago, se presentan simultáneamente los procesos de la
fotosíntesis y la respiración. Ambos procesos son antagónicos: en la fotosíntesis se produce materia
orgánica, mientras que en la respiración se consume. Los organismos acuáticos respiran todo el
tiempo, durante el día y la noche, mientras que la actividad fotosintética se da durante el día por parte
de los organismos autotróficos como cianobacterias, algas y plantas acuáticas.
4.3 Otras rutas del carbono
En un lago, la actividad fotosintética opera en la zona fótica, es decir, aquella donde hay luz disponible para activar la fotosíntesis. En toda la masa de agua se respira, pero este proceso predomina
en la zona profunda (figura 4.2).
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Capítulo 2. Ecosistemas acuáticos
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Superficie
Zona limnética O
2
Litoral
CO2
Sublitoral
Zona trofogénica
Zona de
compensación
Zona profunda
Zona trofolítica
Figura 4.2. Zonas de un lago y metabolismo acuático.
En la zona fótica se produce nueva biomasa, y desde el punto de vista metabólico se conoce a esta
como zona trofogénica, mientras que la degradación de materia orgánica se da en la zona profunda
o trofolítica.
Las rutas de asimilación o desasimilación del carbono no se reducen a la vía fotosintética y de degradación de compuestos orgánicos. También existen otras rutas que pueden favorecer el movimiento
de carbono en la biósfera, como se ve en la tabla 4.2 (Strasburger, 1991).
Tabla 4.2. Rutas de movimiento del carbono en la biósfera (Strasburger, 1991).
Autotrofía
Tipo de
alimento
Fotohidrotrofía Fotolitotrofía
Heterotrofía
Quimiolitotrofía Fotoorgano- Saprofitismo
trofía
Parasitismo
Fuente de Luz
energía
Luz
Oxidación
Luz
Fuente de CO2
carbono
CO2
CO2
CO2 o mate- Materia orgária orgánica nica (restos
de material
vegetal
o
animal)
D o n a d o r H 2O
de
electrones
Materia inor- Materia inorgá- Materia orgá- Si es nece- Si es necegánica (por nica (por ejem- nica
sario desasi- sario desasiejemplo H2S) plo H2S, NH3,
milación
milación
Fe2+, H2)
Presencia
B a c t e r i a s Algunos procas u l f u r o s a s riotas sin color
verdes y púrpuras (Chromatiaceae,
Chlorobiaceae)
Plantas verdes, cianobacterias, cloroxibacterias
Desasimila- Desasimilación
ción
B a c t e r i a s Bacterias,
verdes sin hongos, aniazufre, bac- males
terias púrpuras (Cloroflexaceae,
Rhodospirillaceae)
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Materia orgánica (de
organismos
vivos)
Bacterias,
hongos,
algunas angiospermas,
animales
Módulo 4. Fotosíntesis y respiración en el agua
Tres rutas autotróficas de asimilación del carbono poseen como fuente de energía la luz (fotohidrotrofía, fotolitotrofía y fotoorganotrofía), en tanto la nutrición quimiolitótrofa emplea reacciones químicas de oxidación como fuente de energía. Entre las rutas heterotróficas se tienen el saprofitismo y el
parasitismo, y su fuente de energía es la desasimilación.
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