Fórmula de eficiencia fotosintética
Algunos organismos necesitan crear la energía que necesitan para sobrevivir. Estos organismos son capaces de absorber la energía de la luz solar y utilizarla para producir azúcar y otros compuestos orgánicos como lípidos y proteínas. Los azúcares se utilizan entonces para proporcionar energía al organismo. Este proceso, llamado fotosíntesis, es utilizado por los organismos fotosintéticos, como las plantas, las algas y las cianobacterias.
En la fotosíntesis, la energía solar se convierte en energía química. La energía química se almacena en forma de glucosa (azúcar). El dióxido de carbono, el agua y la luz solar se utilizan para producir glucosa, oxígeno y agua. La ecuación química de este proceso es
En el proceso se consumen seis moléculas de dióxido de carbono (6CO2) y doce moléculas de agua (12H2O), mientras que se produce glucosa (C6H12O6), seis moléculas de oxígeno (6O2) y seis moléculas de agua (6H2O).
En las plantas, la fotosíntesis se produce principalmente en las hojas. Dado que la fotosíntesis requiere dióxido de carbono, agua y luz solar, todas estas sustancias deben ser obtenidas o transportadas a las hojas. El dióxido de carbono se obtiene a través de los diminutos poros de las hojas de las plantas, llamados estomas. El oxígeno también se libera a través de los estomas. El agua es obtenida por la planta a través de las raíces y llevada a las hojas a través de los sistemas de tejidos vasculares de la planta. La luz solar es absorbida por la clorofila, un pigmento verde situado en las estructuras celulares de las plantas llamadas cloroplastos. Los cloroplastos son los lugares donde se realiza la fotosíntesis. Los cloroplastos contienen varias estructuras, cada una con funciones específicas:
La fotosíntesis en español
La palabra fotosíntesis proviene de dos palabras griegas: foto, que significa “luz”, y síntesis, que significa “juntar”. Si nos fijamos en esas dos raíces, tenemos una buena idea de lo que ocurre durante el proceso químico de la fotosíntesis: las plantas juntan el agua y el dióxido de carbono con la luz para crear glucosa y oxígeno.
Hay dos tipos principales de fotosíntesis: la fotosíntesis oxigénica y la fotosíntesis anoxigénica. La fotosíntesis oxigénica es la más común: es el tipo que vemos en las plantas y las algas. La fotosíntesis anoxigénica se da principalmente en las bacterias.
En la fotosíntesis oxigénica, las plantas utilizan la energía de la luz para combinar dióxido de carbono (CO2) y agua (H2O). Esta reacción química produce carbohidratos que las plantas consumen y oxígeno, que se libera de nuevo al aire.
En segundo lugar, la fotosíntesis ayuda a absorber el dióxido de carbono producido por los organismos que respiran y a convertirlo en oxígeno, que se vuelve a introducir en la atmósfera. Básicamente, con la fotosíntesis, las plantas ayudan a producir el oxígeno que todos los seres vivos necesitan para respirar y sobrevivir.
Ecuación de la respiración celular
La fotosíntesis es un proceso de varios pasos que requiere luz solar, dióxido de carbono y agua como sustratos. Produce oxígeno y gliceraldehído-3-fosfato (G3P o GA3P), moléculas de hidratos de carbono simples con alto contenido energético que pueden convertirse posteriormente en glucosa, sacarosa u otras moléculas de azúcar. Estas moléculas de azúcar contienen enlaces covalentes que almacenan energía. Los organismos descomponen estas moléculas para liberar energía y utilizarla en el trabajo celular.
La energía de la luz solar impulsa la reacción de las moléculas de dióxido de carbono y agua para producir azúcar y oxígeno, como se ve en la ecuación química de la fotosíntesis. Aunque la ecuación parece sencilla, se lleva a cabo a través de muchos pasos complejos. Antes de conocer los detalles de cómo los fotoautótrofos convierten la energía luminosa en energía química, es importante familiarizarse con las estructuras implicadas.
Figura: Ecuación química de la fotosíntesis: La ecuación básica de la fotosíntesis es aparentemente sencilla. En realidad, el proceso incluye muchos pasos que implican reactivos y productos intermedios. La glucosa, la principal fuente de energía de las células, se fabrica a partir de dos moléculas de GA3P de tres carbonos.
Fotosíntesis del lumen
Imagen compuesta que muestra la distribución global de la fotosíntesis, incluyendo tanto el fitoplancton oceánico como la vegetación terrestre. El rojo oscuro y el verde azulado indican las regiones de mayor actividad fotosintética en el océano y en la tierra, respectivamente.
Aunque la fotosíntesis se realiza de forma diferente en cada especie, el proceso siempre comienza cuando la energía de la luz es absorbida por unas proteínas llamadas centros de reacción que contienen pigmentos/cromóforos verdes (y otros de color). En las plantas, estas proteínas se encuentran en el interior de unos orgánulos denominados cloroplastos, que son los más abundantes en las células de las hojas, mientras que en las bacterias están incrustadas en la membrana plasmática. En estas reacciones dependientes de la luz, se utiliza una parte de la energía para despojar de electrones a sustancias adecuadas, como el agua, produciendo gas oxígeno. El hidrógeno liberado por el desdoblamiento del agua se utiliza en la creación de otros dos compuestos que sirven como almacenes de energía a corto plazo, permitiendo su transferencia para impulsar otras reacciones: estos compuestos son el nicotinamida adenina dinucleótido fosfato reducido (NADPH) y el adenosín trifosfato (ATP), la “moneda energética” de las células.