Fotosíntesis

La fotosíntesis es el proceso mediante el cual las plantas, las algas y algunas bacterias transforman la energía de la luz en energía química. Con ella fabrican azúcares a partir de dióxido de carbono y agua, y liberan oxígeno como subproducto en la mayoría de los casos. Es la principal vía de entrada de energía en los ecosistemas y la responsable del oxígeno de la atmósfera.

¿Qué es la fotosíntesis?

El término procede del griego phôs («luz») y sýnthesis («composición»): «composición con ayuda de la luz». Los organismos que la realizan son autótrofos fotosintéticos. En las plantas y algas tiene lugar en los cloroplastos; en las cianobacterias, que carecen de orgánulos, ocurre en membranas internas llamadas tilacoides.

La ecuación global simplificada es:

6 CO₂ + 6 H₂O + luz → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂

El oxígeno liberado procede del agua, no del dióxido de carbono, como demostraron experimentos con isótopos en la década de 1940.

Dónde ocurre: el cloroplasto

• Membranas externa e interna: envuelven el orgánulo.
• Tilacoides: sacos aplanados con clorofila, apilados en grana. Aquí se desarrolla la fase luminosa.
• Estroma: medio interno acuoso donde se realiza la fase de fijación del carbono.

Los pigmentos que captan la luz son la clorofila a y b, que absorben sobre todo luz roja y azul y reflejan la verde, por lo que las hojas se ven de ese color, y los carotenoides, que amplían el espectro aprovechable y protegen del exceso de luz.

Fases de la fotosíntesis

Fase luminosa (dependiente de la luz)

Ocurre en la membrana de los tilacoides y comprende estos pasos:

1. Los fotosistemas II y I absorben fotones y excitan electrones de la clorofila.
2. El agua se rompe (fotólisis): se liberan electrones, protones (H⁺) y oxígeno (O₂).
3. Los electrones fluyen por una cadena de transporte y se genera un gradiente de protones.
4. La ATP sintasa aprovecha ese gradiente para producir ATP.
5. Al final de la cadena se forma NADPH.

Resultado: ATP y NADPH, más oxígeno.

Fase oscura o ciclo de Calvin (independiente de la luz directa)

Se desarrolla en el estroma. Fue descrita por Melvin Calvin, Andrew Benson y James Bassham en la década de 1950. La enzima RuBisCO fija el CO₂ a una molécula de cinco carbonos, la ribulosa-1,5-bisfosfato. Con el ATP y el NADPH de la fase luminosa se reduce el carbono fijado a gliceraldehído-3-fosfato (G3P), a partir del cual se sintetizan glucosa, almidón y otros compuestos, y se regenera la molécula aceptora. Aunque no usa luz de forma directa, solo funciona si la fase luminosa suministra ATP y NADPH, por eso se prefiere el nombre de «reacciones de fijación del carbono».

Tipos de plantas según la fijación del carbono

• Plantas C3: la mayoría (trigo, arroz, judías, árboles). Fijan el CO₂ directamente con RuBisCO.
• Plantas C4: como el maíz o la caña de azúcar. Concentran el CO₂ y reducen pérdidas por fotorrespiración; son eficaces en climas cálidos y soleados.
• Plantas CAM: como los cactus o la piña. Abren los estomas de noche para captar CO₂ y ahorrar agua.

Factores que influyen

• Intensidad y calidad de la luz.
• Concentración de CO₂.
• Temperatura: las enzimas tienen un intervalo óptimo.
• Disponibilidad de agua y de nutrientes como el nitrógeno, el magnesio y el hierro.

Importancia de la fotosíntesis

Alimenta, directa o indirectamente, a casi todos los seres vivos y es la fuente del oxígeno que respiramos. Las cianobacterias empezaron a liberar oxígeno hace más de 2.400 millones de años, en el episodio conocido como Gran Oxidación, que transformó la atmósfera. Además, retira CO₂ del aire y regula el clima. Los combustibles fósiles son, en el fondo, energía solar fijada por organismos fotosintéticos del pasado.

Ejercicios resueltos

Preguntas frecuentes

Referencias

• Taiz, L. y Zeiger, E. (2010). Plant Physiology. Sinauer Associates.
• Reece, J. B. et al. (2014). Campbell Biology. Pearson.
• Nelson, D. L. y Cox, M. M. (2017). Lehninger. Principios de bioquímica. Omega.