Respiración celular
La fotosíntesis y la respiración celular están unidas por una importante relación. Esta relación permite que la vida sobreviva tal y como la conocemos. Los productos de un proceso son los reactivos del otro. Observa que la ecuación de la respiración celular es directamente opuesta a la de la fotosíntesis:
La fotosíntesis produce la glucosa que se utiliza en la respiración celular para producir ATP. La glucosa se vuelve a convertir en dióxido de carbono, que se utiliza en la fotosíntesis. Mientras que en la fotosíntesis el agua se descompone para formar oxígeno, en la respiración celular el oxígeno se combina con el hidrógeno para formar agua. Mientras que la fotosíntesis requiere dióxido de carbono y libera oxígeno, la respiración celular requiere oxígeno y libera dióxido de carbono. El oxígeno liberado es el que utilizamos nosotros y la mayoría de los organismos para la respiración celular. Respiramos ese oxígeno, que es transportado por la sangre a todas nuestras células. En nuestras células, el oxígeno permite la respiración celular. La respiración celular funciona mejor en presencia de oxígeno. Sin oxígeno, se produciría mucho menos ATP.
Ecuación de la respiración celular
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Canción de la fotosíntesis
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.
Proceso de fotosíntesis
Debido al aumento previsto de la población mundial, el rendimiento de los principales cultivos debe aumentar en más de un 70% en los próximos 30 años para mantener las necesidades humanas (FAO, 2009) y esto debe lograrse sin aumentar el uso de las tierras de cultivo y sin efectos perjudiciales en la calidad nutricional, limitando al mismo tiempo el uso de fertilizantes y pesticidas Esto significa que los mejoradores deben aumentar el rendimiento de los cultivos a un ritmo de +2,4% por año, mientras que el ritmo actual es de sólo +1,3% (FAO, 2009). Además, los estreses abióticos como el calor, la sequía y las inundaciones, entre otros, tenderán a disminuir los rendimientos hasta en un 50% para el año 2050, si no se aplican técnicas de gestión como el riego de precisión y la mejora genética para la tolerancia al estrés abiótico (Bierbaum et al., 2007).
Análisis de “-Omics” para identificar nuevos objetivos y redes subyacentes a la función de la maquinaria de la fotosíntesis: Caminos para desarrollar cultivos de ingeniería tolerantes al estrés ambiental a través de la fotosíntesis
La aparición de tecnologías ómicas, como la genómica, la transcriptómica, la proteómica, la metabolómica, la ionómica y la hormonomía, ha permitido identificar componentes asociados a la fotosíntesis, incluidos los circuitos de regulación molecular, la maquinaria fotosintética y su funcionamiento, y los mecanismos de fotoprotección, apuntalando así los factores que allanan el camino hacia el aumento de la eficiencia de la fotosíntesis y la mejora de la productividad y la calidad de las variedades de cultivos modernos (Figura 1).