Cada vez que respiras, hay una planta que tiene algo que ver en ello. El oxígeno que llena tus pulmones en este momento fue liberado por algún organismo fotosintético, ya sea una encina, un alga marina o una cianobacteria microscópica flotando en algún océano. La fotosíntesis no es solo un proceso biológico más: es la razón por la que la atmósfera de la Tierra tiene suficiente oxígeno para sostener la vida animal, y es la fuente de prácticamente toda la energía que circula por los ecosistemas del planeta.
El proceso, dicho de forma resumida, consiste en capturar la energía de la luz solar y usarla para fabricar azúcares a partir de dióxido de carbono y agua. Parece sencillo enunciado así, pero lo que ocurre dentro de un cloroplasto cuando la luz lo alcanza es una secuencia de reacciones químicas de una elegancia y complejidad extraordinarias.
La ecuación que lo resume todo
Antes de entrar en los detalles, conviene tener clara la ecuación general de la fotosíntesis, que resume el balance global del proceso:
6 CO₂ + 6 H₂O + energía luminosa → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂
En palabras: seis moléculas de dióxido de carbono más seis de agua, con la energía de la luz, producen una molécula de glucosa y seis de oxígeno. El oxígeno se libera como subproducto, y la glucosa queda almacenada como fuente de energía que la planta usará para crecer, reproducirse y mantener todos sus procesos vitales.
Dónde ocurre: el cloroplasto
La fotosíntesis ocurre en los cloroplastos, orgánulos presentes en las células de las plantas y las algas. Su color verde característico se debe a la clorofila, el pigmento que absorbe la luz solar, principalmente en las longitudes de onda roja y azul, reflejando la verde, que es la que nuestros ojos perciben.
Dentro del cloroplasto hay una serie de membranas apiladas llamadas tilacoides, organizadas en estructuras llamadas grana. Es en la superficie de estos tilacoides donde se captura la energía lumínica. El espacio líquido que rodea a los tilacoides se llama estroma, y es donde se realizan las reacciones químicas que producen la glucosa.
Las dos fases de la fotosíntesis
La fotosíntesis se divide en dos fases bien diferenciadas que ocurren en lugares distintos del cloroplasto y dependen de condiciones distintas.
La fase luminosa o reacciones de la luz
La primera fase ocurre en las membranas de los tilacoides y, como su nombre indica, necesita luz directamente para funcionar. Cuando los fotones de luz impactan sobre la clorofila y otros pigmentos, su energía es capturada y usada para dos procesos fundamentales.
El primero es la fotólisis del agua: la energía lumínica rompe moléculas de agua, liberando oxígeno como subproducto, el que acabará en la atmósfera, y obteniendo electrones e hidrógeno que se usarán en la siguiente etapa.
El segundo es la síntesis de ATP y NADPH, dos moléculas que actúan como transportadores de energía y electrones. Son las «monedas energéticas» que la fase siguiente necesitará para funcionar.
La fase oscura o ciclo de Calvin
La segunda fase ocurre en el estroma del cloroplasto y no necesita luz directamente, aunque sí los productos de la fase anterior. Se llama ciclo de Calvin por Melvin Calvin, quien la describió en detalle en los años 50 del siglo pasado.
En esta fase, el CO₂ del aire se va incorporando sucesivamente a una molécula orgánica de tres carbonos, en un ciclo que va regenerando sus propios intermediarios. Con la energía del ATP y los electrones del NADPH obtenidos en la fase luminosa, esas moléculas de tres carbonos se van reduciendo y reorganizando hasta formar glucosa.
El ciclo de Calvin puede simplificarse en tres pasos: fijación del CO₂, reducción de las moléculas intermediarias con la energía capturada en la fase luminosa, y regeneración del aceptor de CO₂ para que el ciclo pueda repetirse.
Factores que afectan a la fotosíntesis
La velocidad a la que una planta puede realizar la fotosíntesis no es constante, sino que depende de varios factores ambientales que actúan como limitantes.
La intensidad lumínica es el más obvio: más luz disponible generalmente significa más fotosíntesis, hasta un punto de saturación a partir del cual más luz no mejora el rendimiento. La concentración de CO₂ en el aire actúa de forma similar: más CO₂ disponible puede acelerar el ciclo de Calvin hasta cierto límite. La temperatura también influye, ya que las enzimas que catalizan las reacciones del ciclo de Calvin tienen un rango óptimo de temperatura y se inactivan por encima o por debajo de él.
Preguntas frecuentes sobre la fotosíntesis
¿Todos los seres vivos realizan la fotosíntesis?
No, solo los organismos autótrofos fotosintéticos: plantas, algas y ciertas bacterias como las cianobacterias. Los animales, los hongos y la mayoría de las bacterias son heterótrofos y dependen de los organismos fotosintéticos para obtener energía.
¿La fotosíntesis ocurre solo de día?
La fase luminosa solo puede ocurrir cuando hay luz, así que sí, se detiene por la noche. El ciclo de Calvin, técnicamente, puede continuar en oscuridad mientras tenga ATP y NADPH disponibles de la fase luminosa, pero en la práctica la fotosíntesis neta es un proceso diurno.
¿Dónde va la glucosa que produce la planta?
La planta usa la glucosa como fuente de energía para sus propios procesos vitales mediante la respiración celular, y también como materia prima para construir otras moléculas: celulosa para las paredes celulares, almidón para almacenar energía, lípidos, proteínas y muchos otros compuestos.
¿Las plantas también respiran?
Sí, las plantas realizan respiración celular igual que los animales, consumiendo oxígeno y liberando CO₂. La diferencia es que durante el día la fotosíntesis produce mucho más oxígeno del que consumen en la respiración, así que el balance neto es una liberación de oxígeno. Por la noche, sin fotosíntesis, solo respiran.
La fotosíntesis es, en el sentido más literal, la base de casi toda la vida en la Tierra. Sin ese proceso ocurriendo de forma constante en miles de millones de hojas, algas y microorganismos, la atmósfera terrestre sería irreconocible y los ecosistemas tal como los conocemos simplemente no existirían.
