FOTOSÍNTESIS

La fotosíntesis es un proceso que utilizan las plantas, algas y algunas bacterias para sintetizar su alimento, usando como fuente de energía la luz solar que transforma en energía de enlaces químicos. En los organismos eucariontes, la fotosíntesis se lleva a cabo en los cloroplastos. El proceso de la fotosíntesis se puede resumir en la siguiente ecuación química:

Hay cuatro elementos fundamentales que intervienen en la fotosíntesis:
· La luz solar, que es la fuente de energía. Los colores del espectro visible que la clorofila absorbe mejor son el azul y el rojo. La función de la luz es, por una parte, excitar a las moléculas de clorofila y, por otra, romper las moléculas de agua, proceso que se conoce como fotólisis (fig. 1.8).
· El bióxido de carbono (CO2) de la atmósfera es la fuente de carbono y oxígeno para la síntesis de glucosa.
· El agua es el agente reductor (donador electrónico) y en los organismos fotosintéticos eucariontes se desprende oxígeno a partir de ella.
· La clorofila es el principal pigmento presente en los cloroplastos capaz de captar la luz solar. Hay varios tipos de clorofila: a, b, c y d; pero la más común es la a, porque se encuentra en todos los vegetales y algas (fig. 1.7).
El proceso de fotosíntesis se divide en dos fases: luminosa y oscura.

Fig. 1.7 Estructura de la clorofila a

Fig. 1.8 Espectro visible de la luz

Fase luminosa
Comprende las reacciones químicas que se realizan en presencia de la luz y se llevan a cabo en las membranas tilacoidales en los granas de los cloroplastos

Las reacciones luminosas de la fotosíntesis se dividen en dos grupos de reacciones: fotofosforilación cíclica y fotofosforilación acíclica. La primera es la producción de ATP a partir de ADP, la fotofosforilación no cíclica produce ATP y NADPH2.
En la fotofosforilación cíclica, la luz solar excita los electrones de las moléculas de clorofila (fig. 1.9), lo cual hace que pasen a un nivel más alto de energía. Estos electrones activados entran en una cadena transportadora de electrones, es decir, son absorbidos por una molécula y donados posteriormente hasta llegar a la molécula de la que salió, pero al hacerlo liberan energía en forma gradual, la cual usa para fosforilar moléculas de ADP y así formar ATP.
La fotofosforilación se lleva a cabo en dos fotosistemas, que se encuentran en las membranas de los tilacoides y se diferencian entre sí por el tipo de longitud de onda de la luz que absorben.
Cuando se produce la fotólisis de dos moléculas de agua, produciendo dos iones hidrógeno (2H+) y dos radicales de oxidrilo (2OH–), se liberan los dos electrones (2e-). Los radicales oxidrilo formarán después agua y oxígeno atómico como productos finales de la fotosíntesis. Los dos iones de hidrógeno son aceptados por el NADP2.
Se excitan dos moléculas de clorofila p680 liberando tanto dos electrones que pasan por otros transportadores como la energía suficiente para la síntesis de dos moléculas de ATP; hasta llegar a clorofila p700. Los electrones que se liberaron de la hidrólisis son recuperados por la clorofila p680.
La luz llega a dos moléculas de clorofila p700, liberando dos electrones que son captados por una cadena de transporte de electrones que los lleva a una molécula de NADP, misma que se reduce.
El “hueco” electrónico que queda en p700 no excitado, del fotosistema I, debe “rellenarse”, los electrones necesarios para esto provienen del agua a través de una cadena de transporte electrónico que se extiende del fotosistema II. Cuando se ilumina el fotosistema II, un electrón de su fotocentro reactivo es elevado a un nivel mayor de energía y fluye al hueco electrónico en p700 del fotosistema I, reduciéndose nuevamente.
Por cada par de electrones que siguen este camino, se generan dos moléculas de ATP.

Fig. 1.9 Reacciones luminosas de la fotosíntesis

Fase oscura
La mayoría de las plantas utilizan el ciclo de Calvin o del C para fijar carbono (fig. 1.10). La fase oscura comprende las reacciones que no dependen de la luz, esto no significa que necesariamente se realizan durante la noche; se llevan a cabo en el estroma del cloroplasto e incluyen una serie de reacciones en las que a partir de CO2 se sintetiza glucosa, utilizando la energía acumulada en el ATP y en el NADPH2 que se encuentra disuelto en el estroma y que se obtuvo durante la fase luminosa. Se inicia a partir de seis moléculas de ribulosa fosfato y azúcares de cinco átomos de C que se unen con bióxido de carbono (captación de CO2) para formar moléculas de seis átomos, que luego se rompen en 12 moléculas de tres carbonos llamadas ácido fosfoglicérico; de éstas, 10 son utilizadas para regenerar las 6 ribulosas fosfato iniciales y las otras dos forman glucosa o algunos otros carbohidratos que son el producto final de la fotosíntesis.
En conclusión, seis moléculas de CO2 y agua pasan a formar parte de una molécula de glucosa (C6H12O6).
Fig. 1.10. Reacciones oscuras de la fotosíntesis (ciclo de Calvin)