Definición de Fotosíntesis proceso, y funcionamiento

Mahiceth Quintero Valero
Doctora en Química Aplicada

El proceso fotosintético puede describirse como un proceso donde las plantas captan energía lumínica y la transforman en energía química, almacenándose en moléculas orgánicas. Este proceso parte de la reacción de dióxido de carbono y agua para dar un producto esencial para el ser humano, el oxígeno.

¿Qué importancia tiene el proceso de fotosíntesis?

Todo organismo vivo necesita energía para su funcionamiento y puede extraerse bien sea del proceso de fotosíntesis como es en el caso de las plantas o que lo tome del medio ambiente, ahora bien ¿para qué necesitan las plantas energía? Como ya se mencionó anteriormente las plantas son quienes llevan a cabo el proceso de fotosíntesis, ellas están constituidos por una unidad básica funcional que consta de materia viva denominada célula, esta se comporta como una pequeña fábrica que procesa materiales a nivel molecular mediante miles de reacciones químicas que permiten sintetizar moléculas necesarias para la vida como los lípidos, aminoácidos y carbohidratos; para que se produzcan estas reacciones químicas, la célula de las plantas necesita transformar la energía lumínica en energía química por medio de un proceso denominado fotosíntesis, al realizarse esta transformación se obtiene un producto indispensable para el ser humano como lo es el oxígeno.

¿Cómo funciona el proceso?

La célula utiliza energía lumínica la cual es aprovechada por las plantas mediante la clorofila, este es un pigmento que se encuentra en la membrana tilacoidal, la energía absorbida se convierte en energía química la cual es almacenada en moléculas orgánicas como por ejemplo en la molécula de adenosín trifosfato (ATP). La reacción general de la fotosíntesis puede escribirse como:

A simple vista se observa que este proceso se trata de una reacción de óxido-reducción(redox) donde, los átomos de hidrógeno provenientes del agua son transferidos al dióxido de carbono, para formar glucosa. En esta reacción no solo se transfieren electrones, sino que también se transfiere energía, lo que hace que esta reacción sea más compleja de lo que parece. Para estudiar la reacción más a fondo el proceso de fotosíntesis se divide en dos etapas:

1) Las reacciones fotodependientes: es decir las que dependen de la luz, en esta etapa la energía lumínica es convertida en energía química y como ya se mencionó anteriormente comienza cuando la clorofila absorbe la energía lumínica lo que permite que los electrones suban a un nivel de mayor energía, este electrón denominado electrón energizado, es transferido a una molécula aceptora y es sustituido por un electrón del agua, al ocurrir esto el agua se disocia y se libera oxígeno molecular (O2).

Parte de la energía proveniente de estos electrones energizados se utiliza para fosforilar (introducción de un grupo fosfato en una determinada molécula orgánica) la molécula de adenosín difosfato (ADP) y formar adenosín trifosfato (ATP) y para la reducción de NADP+ para formar NADPH. La reacción fotodependiente se puede expresar como:

2) Fijación de carbono: en la fase fotodependiente ya mencionada se forman las moléculas de ATP y NADPH, la energía química de estas se usa en la fijación de carbono para formar moléculas orgánicas a partir de dióxido de carbono (CO2). En la fijación de carbono o fijación de CO2, se fijan átomos de carbono a las estructuras orgánicas ya existentes; para que ocurra esta reacción no es necesario un contacto directo con la luz, por lo que se denominan reacciones fotoindependientes. La reacción de fijación de carbono puede escribirse como:

Este proceso de fijación ocurre a través de una secuencia de reacciones conocidas como ciclo de Kelvin, el cual comienza cuando una molécula de dióxido de carbono que reacciona con un compuesto altamente reactivo denominado ribulosa bisfosfato (RuBP). Esta reacción es catalizada por una enzima llamada carboxilasa de ribulosa bisfosfato y da como producto un compuesto inestable de seis carbonos el cual de inmediato se descompone en dos moléculas de tres carbonos cada uno, conocido como fosfoglicerato (PGA), en este paso ya el carbono que formaba parte de la molécula de dióxido de carbono se ha fijado a otra estructura orgánica, y entran en juego las moléculas de ATP y NADPH, donde gracias a su energía la molécula de PGA es fosforilada por el ATP y reducida por el NADPH, para convertirse en gliceraldehído-3-fosfato (G3P).

Algunos de estos gliceraldehídos salen del sistema para ayudar a la síntesis de glucosa y carbohidratos, mientras que otros se ordenan para obtener moléculas de ribulosa fosfato (RP) las cuales son nuevamente fosforilada por la molécula ATP y reducida por el NADPH, reiteradamente se produce la molécula de RuBP el cual es el mismo compuesto de cinco carbonos con que se inicia el ciclo, esta molécula es quien inicia de nuevo el proceso de fijación de CO2.

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Referencias bibliográficas

1. Solomon E. Berg L. Martin D. Ville C. Biología 8va Edición. Editorial Interamericana Mc Graw Hill (2008).

Autora

Escrito por Mahiceth Quintero Valero para la Edición #105 de Definición MX , en 10/2021. Mahiceth es Doctora en Química Aplicada