Por Kevin Beck, actualizado el 30 de agosto de 2022
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La fotosíntesis es la cascada bioquímica fundamental que impulsa la vida en la Tierra. Aunque sólo un subconjunto de organismos (plantas, algas y cianobacterias) realizan este proceso, sus productos, oxígeno y carbono orgánico, son indispensables para cualquier otro sistema vivo.
En esencia, la fotosíntesis convierte el CO2 atmosférico y agua en glucosa (C6 H12 O6 ) mientras libera O2 :
6H2 O + luz + 6CO2 → C6 H12 O6 +6O2
Luego, las células vegetales metabolizan la glucosa de manera análoga a las células animales (a través de la respiración celular) para generar ATP, la moneda energética universal.
Los autótrofos, u organismos que se alimentan por sí mismos, realizan la fotosíntesis, mientras que los heterótrofos (animales, hongos, muchas bacterias) deben ingerir carbono orgánico producido por los autótrofos.
La fotosíntesis es una reacción redox (reducción-oxidación) clásica. Los electrones se transfieren del agua al dióxido de carbono, y la energía luminosa impulsa el proceso:
La reducción elimina electrones; la oxidación los agrega. En este contexto, el agua actúa como donante de electrones (agente oxidante) y el CO2. se reduce (actuando como aceptor de electrones).
La fotosíntesis tiene lugar en los cloroplastos, orgánulos de estructura análoga a la mitocondria. Cada cloroplasto está rodeado por una doble membrana y contiene membranas tilacoides internas agrupadas en pilas llamadas grana.
La clorofila, el pigmento verde que capta la luz, está incrustada en estos tilacoides. Cuando los fotones chocan con la clorofila, elevan los electrones a niveles de energía más altos, iniciando la cadena de transporte de electrones.
En presencia de luz, las moléculas de clorofila donan electrones a una serie de portadores en la membrana tilacoide. La energía resultante se aprovecha para sintetizar ATP mediante quimiosmosis, mientras que NADP + se reduce a NADPH.
Las moléculas de agua se dividen para reemplazar los electrones perdidos, produciendo O2 como subproducto:
2H2 O + luz → O2 +4H + + 4e - (ΔG° =+317 kJ·mol −1 )
El ATP y el NADPH generados anteriormente proporcionan la energía y el poder reductor necesarios para fijar el CO2. en carbohidratos:
CO2 +4H + + 4e - → CH2 O + H2 O (ΔG° =+162 kJ·mol −1 )
Combinada, la ecuación fotosintética general es:
H2 O + luz + CO2 → CH2 O+O2 (ΔG° =+479 kJ·mol −1 )
El acoplamiento energético describe cómo las plantas utilizan la energía luminosa absorbida para impulsar procesos endergónicos que de otro modo no ocurrirían. Los azúcares resultantes alimentan el ciclo global del carbono y forman la base de todas las redes alimentarias.
Alterar los subíndices en las fórmulas químicas cambia la sustancia por completo; por ejemplo, convertir O2 en O3 produce ozono, no oxígeno. Un equilibrio preciso preserva la identidad de cada molécula.
Al mantener ecuaciones equilibradas, los estudiantes obtienen una comprensión más clara de la estequiometría y la energía de la fotosíntesis.
