Operaciones de la Nutrición en Plantas Autótrofas

1. La Absorción:

   Las raíces absorben el agua y las sales minerales del suelo, mientras que las hojas absorben el CO₂ del aire. El agua y las sales minerales disueltas (savia bruta) penetran exclusivamente por los pelos absorbentes de la raíz. Estos nutrientes ingresan por ósmosis a través de las células de cada pelo y, por difusión, llegan hasta los vasos leñosos. Para que este proceso ocurra, la solución del suelo debe estar muy diluida.

2. La Circulación:

   La savia bruta asciende por los vasos leñosos hasta las hojas. Allí, mediante la transpiración y la función clorofílica, se transforma en un líquido más concentrado y rico en sustancias orgánicas (hidratos de carbono, compuestos nitrogenados…), llamado savia elaborada. Esta se distribuye por todo el vegetal a través de los vasos cribosos para alimentar a todas las células.

3. La Función Clorofílica y Fotosíntesis:

   Consiste en sintetizar o formar hidratos de carbono (glucosa, sacarosa, almidón, celulosa) a partir del dióxido de carbono (CO₂) absorbido por las hojas y del agua absorbida por la raíz. La energía necesaria para esta función la obtienen las plantas de la luz mediante la clorofila.

La Fotosíntesis

Se lleva a cabo en dos fases: la fase luminosa y la fase oscura. La fase luminosa es un proceso fotoquímico que se realiza solo en presencia de clorofila y luz. La fase oscura, por el contrario, es un proceso puramente químico que no necesita luz para llevarse a cabo.

Fase Luminosa:

Esta fase consiste en la conversión de la energía lumínica en energía química, lo que resulta en dos consecuencias:

• Síntesis de ATP (adenosín trifosfato) a expensas de ADP (adenosín difosfato).
• Los nucleótidos piridínicos pueden hallarse en estado oxidado y en estado reducido. Cuando se combinan con hidrógeno, quedan reducidos, y cuando lo ceden, vuelven a oxidarse.

• Síntesis de ATP (adenosín trifosfato):

  En el citoplasma hay moléculas de ADP y de ácido fosfórico (Pi, es decir, fosfato inorgánico). Para la unión de una molécula de ADP con otra de Pi, se necesita la formación de un enlace de alta energía entre ambas, con la correspondiente síntesis de ATP. La energía necesaria para la formación de dicho enlace es suministrada en este caso por la luz y captada por la clorofila.

• Reducción del NADP:

  En otras moléculas de clorofila se produce, por la acción de la luz, otra reducción fotoquímica importantísima. Se trata de la fotólisis del agua, es decir, la escisión de las moléculas de H₂O en hidrógeno y oxígeno. Esta fotólisis confiere al agua el papel de donante de hidrógeno y, efectivamente, el hidrógeno se combina con el NADP que hay en la célula para dar NADPH₂, es decir, NADP reducido. En cuanto al oxígeno, se desprende en forma molecular (O₂) y se libera al medio ambiente.

Fase Oscura:

En esta fase tienen lugar los procesos puramente químicos que conducen a la incorporación del dióxido de carbono atmosférico a moléculas orgánicas previamente existentes en la célula, lo que significa la síntesis de otras moléculas mayores. De esto resulta:

• Un gasto de ATP para proporcionar a las moléculas la energía necesaria para esta síntesis, muy endergónica.
• Una reducción del CO₂ por el NADPH₂ con desprendimiento de agua. Esta reducción es necesaria porque tanto las moléculas que previamente residen en el citoplasma celular como las que se han de sintetizar cuando el CO₂ se fije en ellas son glúcidos, de fórmula general (CH₂O). Ahora bien, el CO₂ es una forma mucho más oxidada que (CH₂O), por lo que su incorporación como componente de un glúcido exige su enriquecimiento en H y su empobrecimiento en O, es decir, su reducción.

En realidad, el proceso de la fase oscura es mucho más complicado y puede esquematizarse del siguiente modo: existe previamente en la célula una pentosa fosforilada, la ribulosa-5-fosfato. Este compuesto se fosforila ahora de nuevo en el carbono 1 por el ATP formado en la fase luminosa, el cual le cede un fosfato, quedando en forma de ADP.

A continuación, la ribulosa-1,5-difosfato reacciona con el CO₂ y con dos moléculas de NADPH₂, el cual aporta los cuatro hidrógenos necesarios para la reducción del CO₂, resultando la formación de dos moléculas de un monosacárido de tres átomos de carbono fosforilado (aldehído glicérico-3-fosfato), con desprendimiento de una molécula de agua y la oxidación de las dos moléculas de NADPH₂, que pasa a NADP.

A continuación, a partir de estas triosas fosforiladas y mediante diversas reacciones con el sistema ADP-ATP o de otro tipo, se producen en la célula diferentes glúcidos, como glucosa, fructosa, almidón, sacarosa, etc., que se pueden simbolizar con la fórmula general (CH₂O). Incluso parte de este (CH₂O) se empleará en regenerar nuevas moléculas de ribosa-5-fosfato que se necesitan para fijar nuevas moléculas de CO₂.

Balance Final de la Fotosíntesis

El fenómeno sin duda más importante es la captación de la energía lumínica. Esta energía se utiliza para sintetizar moléculas de elevado peso molecular por medio de reacciones endergónicas, que llevan consigo la reducción del CO₂ atmosférico.

Otro acontecimiento importante es la fotólisis del agua, que proporcionará el hidrógeno necesario para reducir el CO₂. Por último, y como consecuencia de estos dos fenómenos, hay una síntesis de agua y un desprendimiento de oxígeno.

El desprendimiento de oxígeno es un fenómeno de gran interés desde el punto de vista ecológico. Siendo el O₂ indispensable para la respiración celular, como se verá más adelante, y siendo la fotosíntesis la única causa del enriquecimiento en oxígeno de la atmósfera, es fácil comprender que si las plantas verdes desaparecieran de la faz de la Tierra, el O₂ atmosférico, consumido en la respiración de los seres vivos, desaparecería en breve plazo, extinguiéndose con él la vida.

Transpiración y Clorovaporización

Consiste en la evaporación del exceso de agua que lleva la savia bruta. Se realiza en las hojas, algo a través de la epidermis (transpiración cuticular), pero sobre todo por los estomas (transpiración estomática).

• La intensidad de la transpiración:

  Aumenta con la temperatura, el viento, la sequedad, etc., y sobre todo con la luz, ya que parte de la energía captada por la clorofila se utiliza para evaporar el agua en las hojas. Este fenómeno se llama clorovaporización. Además, la luz provoca la apertura de los estomas, cerrados en la oscuridad.

• En todos los casos, la planta regula automáticamente la transpiración abriendo o cerrando los estomas.

La Respiración

Consiste esencialmente en la combustión de los alimentos para la obtención de energía. En las plantas puede haber dos clases de respiración:

• Respiración normal o aerobia:

  Es idéntica en los animales y en las plantas. Consiste, en la generalidad de los casos y aparentemente, en tomar oxígeno y desprender dióxido de carbono. Este intercambio de gases se verifica por todas las partes de las plantas, incluso por los pelos absorbentes de las raíces, pero sobre todo por los estomas de las hojas; estas son los pulmones de las plantas. Pero la verdadera respiración se verifica en las mitocondrias de las células, adonde llega el oxígeno junto con los alimentos llevados por la savia. Allí, el oxígeno quema los alimentos, en especial la glucosa, mediante un proceso muy complicado dirigido por diversos enzimas. Como resultado final, se obtiene el CO₂ que se desprende y la energía necesaria para los procesos vitales. La respiración se verifica tanto de día como de noche, pero de día queda enmascarada por la función clorofílica, que absorbe el CO₂, desprende oxígeno y es mucho más intensa.

• La respiración anaerobia:

  Es la que se verifica sin aire. Es propia de las plantas inferiores, como las levaduras y otros hongos y bacterias. Cuando tienen oxígeno, respiran normalmente, pero al encontrarse en un medio sin él (mosto, masa de harina), descomponen los hidratos de carbono, sobre todo la glucosa, merced al concurso de ciertos fenómenos, para proporcionarse la energía que necesitan para vivir. Y como en la respiración normal, desprenden CO₂ y energía, pero también alcohol. Así se produce la fermentación alcohólica.

Las Reservas Alimenticias

Las plantas elaboran más alimentos de los que necesitan para nutrirse y los almacenan en diversas partes, constituyendo las sustancias de reserva.

Se depositan:

• En las raíces: remolacha, zanahoria. Contienen azúcares, féculas.
• En los tallos subterráneos: patata, cebolla. Contienen fécula sobre todo.
• En los tallos aéreos: caña de azúcar, hierbas de los prados. Almacenan azúcares, celulosa.
• En los frutos y semillas: todos los frutales, las legumbres, el trigo… Contienen azúcares, almidón, aceites. Todas estas sustancias de reserva están destinadas a asegurar la continuidad y la multiplicación de la planta.