¿QUÉ ES LA FOTOSÍNTESIS? ·1

La fotosíntesis se da en las plantas, protistas fotosintéticos y algunas bacterias. Aquí nos vamos a concentrar en los organismos más conocidos: las plantas terrestres. Todas las células requieren energía, la primera ley de la termodinámica establece que la energía no se crea; por tanto, la vida depende de la energía de fuentes externas. Para casi todas las formas de vida en la Tierra, la energía viene de la luz solar, directa o indirectamente.

Los únicos organismos capaces de captar esta abundante fuente de energía son los que llevan a cabo la fotosíntesis, por la cual se capta y almacena energía solar en los enlaces de moléculas orgánicas, como la glucosa. La evolución de la fotosíntesis hizo posible la vida que conocemos. Este proceso asombroso suministra no sólo el “combustible” para la vida, sino también el oxígeno necesario para “consumir” ese combustible.

Hojas y cloroplastos son adaptaciones para la fotosíntesis

En las plantas, la fotosíntesis tiene lugar en los cloroplastos, que están contenidos en las células de las hojas. Las hojas de la mayor parte de las plantas terrestres tienen apenas unas pocas células de grosor, una estructura elegantemente adaptada a las exigencias de la fotosíntesis (FIGURA 7-1). La forma aplanada de las hojas expone al Sol una superficie más ancha y su delgadez garantiza que la luz penetre a los cloroplastos del interior. La superficie superior e inferior de una hoja consta de una capa de células transparentes, la epidermis. La superficie externa de la epidermis está cubierta por la cutícula, un recubrimiento transparente, ceroso e impermeable que reduce la evaporación del agua de la hoja.

Una hoja obtiene del aire el CO2 necesario para la fotosíntesis, a través de poros ajustables en la epidermis llamados estomas (de la palabra griega que significa “boca”). Dentro de la hoja hay capas de células que, en conjunto, reciben el nombre de mesófilo (que significa “en medio de la hoja”). Las células del mesófilo contienen casi todos los cloroplastos de la hoja y, por consiguiente, la fotosíntesis se realiza principalmente en estas células. Haces vasculares, que forman la nervadura de la hoja (FIGURA 7-1b), suministran agua y minerales a las células del mesófilo y se llevan los carbohidratos producidos a otras partes de la planta. Las células que rodean estos haces forman la vaina perivascular y carecen de cloroplastos.

Una célula del mesófilo tiene de 40 a 50 cloroplastos (FIGURA 7-1c) que son tan pequeños (unas cinco micras de diámetro) que 2,500 alineados abarcarían aproximadamante la uña de un pulgar. Los cloroplastos son organelos que constan de una doble membrana externa que encierra un medio semifluido, el estroma. Insertados en el estroma se encuentran sacos membranosos interconectados y en forma de disco que se llaman tilacoides (FIGURA 7-1d). Cada uno de estos sacos delimita una región con fluido llamada espacio tilacoidal. Las reacciones químicas fotodependientes de la fotosíntesis (reacciones luminosas) se realizan en las membranas de los tilacoides. Las reacciones fotoindependientes del ciclo de Calvin que captan carbono del CO2 y producen glucosa se realizan en el estroma que los rodea.

La fotosíntesis consiste en reacciones luminosas (fotodependientes) y el ciclo de Calvin (reacciones fotoindependientes)

A partir de moléculas simples de dióxido de carbono (CO2) y agua (H2O), la fotosíntesis convierte la energía de la luz solar en energía química almacenada en enlaces de glucosa (C6H12O6) y libera oxígeno (O2) como subproducto (FIGURA 7-3). La reacción química más simple de la fotosíntesis es:

Esta simple ecuación oscurece el hecho de que la fotosíntesis comprende docenas de reacciones catalizadas por docenas de enzimas. Estas reacciones ocurren en dos fases diferenciadas: la fase luminosa, donde se realizan las reacciones luminosas o fotodependientes, y la fase oscura, donde se llevan a cabo las fotoindependientes o ciclo de Calvin. Cada fase se realiza en partes diferentes del cloroplasto, pero están conectadas por un vínculo importante: las moléculas portadoras de energía.

En las reacciones luminosas, la clorofila y otras moléculas insertadas en las membranas de los tilacoides de los cloroplastos captan energía de la luz solar y convierten parte en energía química almacenada en las moléculas portadoras de energía ATP (adenosín trifosfato) y NADPH (nicotinamida adenina dinucleótido fosfato). Los enlaces de la molécula de agua se rompen y se libera oxígeno como subproducto, proceso que se conoce como fotólisis. En las reacciones fotoindependientes del ciclo de Calvin, las enzimas que se localizan en el fluido del estroma situado fuera de los tilacoides toman el CO2 de la atmósfera y la energía química de las moléculas portadoras para impulsar la síntesis de un azúcar de tres carbonos que servirá para sintetizar glucosa.

En la figura 7-3 se muestra la relación entre las reacciones luminosas y el ciclo de Calvin, de modo que se ejemplifica la interdependencia de los dos procesos y se coloca cada uno en el lugar donde se realiza dentro del cloroplasto. Dicho en pocas palabras, la parte foto- de la fotosíntesis se refiere a la captura de energía solar por medio de reacciones luminosas en las membranas de los tilacoides.

Estas reacciones toman la energía solar para “recargar” las moléculas portadoras del ADP (adenosín difosfato) y NADP (la forma sin energía del NADPH) para formar ATP y NADPH. La parte –síntesis de la fotosíntesis se refiere al ciclo de Calvin, en el que se capta carbono para sintetizar glucosa por medio de la energía suministrada por las moléculas de alta energía: el ATP y el NADPH. Los portadores desenergizados ADP y NADP se recargan mediante reacciones luminosas para convertirse en ATP y NADPH, que impulsarán la síntesis de más moléculas de glucosa.