Fotosíntesis: Fijación del carbono

La fotosíntesis es el proceso mediante el cual los organismos productores forman su propio alimento construyendo moléculas orgánicas a partir de CO₂.

Hace aproximadamente unos 2 millones de años, las primeras células eucariontes desarrollaron la capacidad de utilizar la energía solar, a partir de la cual obtenían su energía; estas células usaron como sustrato de reacción el CO₂ y agua para formar moléculas orgánicas como la glucosa, altamente energética. La adquisición de estructuras celulares tales como los cloroplastos, facultó a estas células eucariontes primitivas a realizar el proceso de fotosíntesis, a partir del cual las células podían capturar y usar parte de la energía solar y almacenarla bajo moléculas orgánicas destinadas a diversos trabajos celulares. Todos los organismos que son capaces de realizar este proceso, fabrican a partir de sustratos inorgánicos sus moléculas energéticas, y además pueden movilizarlas a través de los ecosistemas en caso de ser depredadas; de manera general, estos organismos agrupan a todos los vegetales, organismos unicelulares como bacterias fotosintéticas, y son llamados autótrofos (del griego “autos”: propio y “trofos”: alimento.

A partir del proceso fotosintético, se genera como producto de la transformación del CO₂  glucosa y oxígeno en forma de gas, el cual es indispensable para la vida de los organismos no fotosíntéticos como los seres humanos, entre muchos más. El otro producto de la fotosíntesis, la glucosa es una molécula de alto valor energético no solo para el organismo productor, sino que para todos los seres vivos. A partir de la glucosa, los organismos productores obtienen la energía para realizar sus procesos vitales. Esta molécula es almacenada dentro de la planta en forma de almidón, polímero de glucosa altamente energético.

Una de las adaptaciones que surgieron en los organismos fotosintéticos fue la presencia del organelo cloroplasto, exclusivo de células eucariontes vegetales. En el interior de cada cloroplasto se halla un gel denominado estroma, en el cual se ubican los tilacoides, pequeños “saquitos” membranosos interconectados unos con otros, en cuyo interior se realiza el proceso fotosintético. Cada apilamiento de tilacoides recibe el nombre de grana. En la membrana de los tilacoides existe un pigmento, el cual es el responsable de “capturar” la luz solar. Este pigmento recibe el nombre de clorofila.

La hoja: órgano fotosintético.

La segunda adaptación que participa en la fotosíntesis es la hoja, estructura exclusiva de los organismos del Reino Planta, dotada de cloroplastos. Por lo general, las hojas poseen solo unas cuantas células de espesor; exponiendo un área superficial considerable al sol, así su delgadez garantiza que esta podrá penetrar en ellas y llegar a los cloroplastos en su interior, los cuales atrapan la luz mediante la acción de la clorofila.

Las superficies tanto superior como inferior de las hojas constan de una capa de células transparentes, que forman la epidermis. La superficie exterior de ambas capas epidérmicas está compuesta por la cutícula, la que es un recubrimiento de textura cerosa e impermeable, que reduce la evaporación del agua en las hojas. A través de pequeñas aberturas en la superficie inferior (revés) de la hoja, las plantas obtienen el CO₂ necesario para llevar a cabo la fotosíntesis; estas aberturas reciben el nombre de estomas, los que se abren y/o cierran dependiendo de la concentración de potasio (K⁺) que exista en las células oclusivas que le rodean. Entre ambas epidermis, superior e inferior, existe una capa de células denominadas mesofílicas, las que contienen los cloroplastos en su interior.

Etapas de la fotosíntesis.

El proceso fotosintético involucra una serie de reacciones enzimáticas que permiten transformar la energía lumínica del sol en energía química, la cual puede ser utilizada para formar moléculas orgánicas que entregan a los organismos fotosintéticos la energía necesaria para sobrevivir. A grandes rasgos, el proceso de la fotosíntesis se puede dividir en:

• Fase dependiente de la luz o luminosa: el pigmento clorofila, (que se encuentra en las membranas de los tilacoides), captura la energía lumínica procedente del sol y transformarla en energía química en la forma de dos moléculas altamente energéticas: el ATP y el NADPH. El ATP (adenosín trifosfato) puede ser usado directamente por la célula para obtener energía útil para algún trabajo determinado, y el NADPH (nicotinamida dinucleótido fosfato) sirve como intermediario que porta electrones hacia la segunda etapa del ciclo fotosintético: la fase oscura.
• Fase independiente de la luz u oscura: el ATP y NADPH formados durante las reacciones dependientes de luz se disuelven en el estroma que rodea los tilacoides, donde entregan la energía para formar glucosa a partir de CO₂, proceso en el que intervienen enzimas que también están disueltas en el estroma. Las reacciones que finalmente producen glucosa se llaman reacciones independientes de la luz porque se pueden efectuar sin ella, en tanto se cuente con ATP y NADPH. El proceso enzimático involucrado se organiza en el Ciclo de Calvin, el cuál agrupa una batería enzimática que se encarga de fijar el carbono inorgánico en una molécula de glucosa, a través de enzimas como la RuBP (rubisco), entre otras, y almacenando las múltiples glucosas producidas en almidón.