La fotosíntesis, entre energía, reacciones y fases.

Seres vivos y energía.

La energía es la capacidad para realizar trabajo o generar un cambio. Para mantener su organización y llevar a cabo las actividades metabólicas, tanto las células como los organismos necesitan un suministro constante de energía. Ésta permite a los seres vivos continuar los procesos de vida, como el crecimiento,  desarrollo, movimiento, metabolismo y la reproducción.

Todos los organismos dependen de los nutrimentos orgánicos como fuentes de energía, Al alimento se le llama específicamente energía química porque está formado por moléculas de compuestos orgánicos tales como, carbohidratos, lípidos o grasas y, proteínas. Cuando caminas conviertes parte de la energía química en energía mecánica. Sin embargo las células de ciertos organismos (como plantas, algas y cianobacterias) no generan la energía que utilizan para producir biomoléculas como carbohidratos; ya que ésta energía proviene del Sol.

Cuando ocurre la fotosíntesis los productores que captan las moléculas inorgánicas y producen su alimento, utilizan esta energía luminosa.

¿Qué es la fotosíntesis?

La fotosíntesis es el proceso en el cual se captura la energía solar o luminosa y se convierte en energía química en forma de azúcares (glucosa) a partir de agua y dióxido de carbono. Además se libera oxígeno como subproducto. Este proceso es realizado por las plantas, algas y algunas bacterias, y dado que producen su propio alimento (es decir, crean la glucosa), estos organismos se llaman autótrofos (literalmente, auto-propio/ trofo-alimento).

Tipos de autótrofos y heterótrofos.

La característica principal de los autótrofos es que pueden fijar su propio carbono —convertir al carbono inorgánico en orgánico— dada una fuente de energía apropiada y con ello elaboran su alimento. Dada la definición anterior mencionamos dos tipos de seres autótrofos:

Los fotoautótrofos que son organismos que usan energía luminosa para convertir al dióxido de carbono en compuestos orgánicos. Este proceso se llama fotosíntesis. Los quimioautótrofos que extraen energía de compuestos inorgánicos al oxidarlos y utilizan esta energía química, en vez de la energía solar, para convertir al dióxido de carbono en compuestos orgánicos. Este proceso se llama quimiosíntesis.

Los organismos heterótrofos son incapaces de convertir el dióxido de carbono en compuestos orgánicos, así que deben obtener el carbono fijo de otros organismos. Y con esto enlistamos dos tipos de organismos de heterótrofos.

Los fotoheterótrofos que obtienen energía del Sol, pero deben obtener carbono fijo en forma de compuestos orgánicos creados por otros organismos. Como ocurre en algunos procariontes. Y los quimioheterótrofos que obtienen energía al oxidar compuestos orgánicos o inorgánicos y obtienen su carbono fijo de compuestos orgánicos creados por otros organismos. Como en los animales, hongos, procariontes y protistas.

Donde ocurre la fotosíntesis.

Las plantas son los organismos más comunes en los ambientes terrestres y en la mayoría de ellas la fotosíntesis ocurre en el tejido medio (mesófilo) de las hojas. En casi todas las plantas en la superficie de las hojas encontramos aberturas pequeñas en forma de poros llamados estomas, los cuales permiten que el dióxido de carbono ingrese hacia el mesófilo y el oxígeno fluya hacia el exterior.

A su vez cada célula del mesófilo contiene organelos llamados cloroplastos en donde se realizan las reacciones químicas. Dentro de cada cloroplasto, encontramos ciertas estructuras similares a discos aplanados llamados tilacoides (del griego, thilakos, saco y eides, semejante o parecido) acomodados en pilas o torres que se conocen como granas. Dentro de los tilacoides ubicamos pigmentos fotosintéticos, en su mayoría verdes, como la clorofila que es capaz de absorber la energía solar. El espacio lleno de líquido alrededor de las granas se llama estroma, mientras que el espacio interior de los tilacoides se conoce como espacio tilacoidal.

Reacción química de la fotosíntesis.

En 1930, Cornelis Bernardus van Niel de la Universidad de Standford descubrió que el oxígeno emitido por la fotosíntesis proviene del agua y no del bióxido de carbono como se pensaba. La siguiente ecuación es la representación más común para la fotosíntesis.

Dos conjuntos de reacciones químicas: las dependientes de la luz y las no dependientes (ciclo de Calvin).

La fotosíntesis en los autótrofos implica muchas reacciones químicas pero en 1905, F. Blackman planteó que solo existían dos conjuntos de reacciones, las dependientes de la luz y el ciclo de Calvin.

• Las reacciones de la fase luminosa o dependientes de la luz, se producen en los tilacoides y requieren de un suministro constante de energía luminosa que es absorbida por la clorofila. Esta energía luminosa o solar se convierte en energía química mediante la formación de dos compuestos: el ATP y el NADPH (un portador de electrones reducido). En esta fase las moléculas de agua se convierten en gas oxígeno.

Las reacciones dependientes de la luz consisten en dos trayectorias del electrón llamadas:

1. Vía no cíclica del electrón, que utiliza a su vez dos fotosistemas: I (PSI) y II (PS2)
2. Vía no cíclica del electrón. En ambas vías se producen ATP (fotofosforilación), pero solo en la vía no cíclica se produce NADPH.

• Las reacciones independientes de la luz o también llamado ciclo de Calvin (nombrado así por el químico Melvin Calvin que utilizo el isotopo radiactivo 14C como trazador para descubrir las reacciones que constituyen el ciclo), se lleva a cabo en el estroma y no requiere de luz directamente.

Este ciclo utiliza el ATP y NADPH de las reacciones dependientes de la luz para fijar el dióxido de carbono y producir azúcares de tres carbonos (moléculas de gliceraldehído-3-fosfato o G3P) que se unen para formar la glucosa. Además el G3P es el primer reactivo en las diversas vías metabólicas de las células vegetales.

Cabe destacar que el G3P es un fosfato capaz de convertirse en cualquier clase de molécula orgánica. Por ejemplo, se necesitan dos G3P para formar la glucosa fosfato, que es el producto final de la fotosíntesis y el azúcar de la sangre en los seres humanos. Además la glucosa fosfato al combinarse con fructuosa forma la sacarosa, molécula que la planta utiliza para transportar carbohidratos de un lugar a otro. También es el inicio para la formación de almidón y celulosa. Igualmente una planta puede usar el esqueleto del G3P para formar ácidos grasos que al ser combinados con glicerol, aceites vegetales o nitrógeno, formarán aminoácidos.

Importancia de la fotosíntesis.

Además de introducir carbono y energía en los ecosistemas, la fotosíntesis también afecta la composición de la atmósfera de la Tierra. Bien sabemos que los organismos autótrofos producen oxígeno y este gas pudo modificar las características de la atmósfera primitiva descrita por Oparin-Haldane. Los seres fotosintéticos liberaron poco a poco el oxígeno y se cree que este aumento jugó un papel importante en la evolución de las formas de vida aerobias.

Así mismo, estos organismos retiran grandes cantidades de CO₂ de la atmósfera y con los átomos de carbono crean moléculas orgánicas. A pesar de que las plantas, las algas y las cianobacterias absorben la mayoría del CO₂ producido por las actividades humanas, este gas sigue en aumento. Químicamente el dióxido de carbono atrapa y retiene el calor, motivo por el cual la temperatura del planeta se eleva ocasionando el cambio climático global. De ahí la importancia de conservar todo tipo de vegetación y evitar la deforestación, para ayudar a combatir el incremento de los niveles de este gas.

La fotosíntesis es uno de los temas más importantes en los contenidos temáticos de los exámenes de ingreso tanto a nivel bachillerato como universitario, por lo que su dominio te permitirá ingresar a tu bachillerato y universidad que elijas.