Fotosíntesis

¿Qué es fotosíntesis?

La fotosíntesis es el proceso bioquímico mediante el cual las plantas, las algas y

las bacterias fotosintéticas convierten materia inorgánica (dióxido de carbono y agua)
en materia orgánica (azúcares), aprovechando la energía proveniente de la luz solar.
Este es el principal mecanismo de nutrición de todos los organismos autótrofos que
poseen clorofila, que es el pigmento esencial para el proceso fotosintético.

La fotosíntesis constituye uno de los mecanismos bioquímicos más importantes del

planeta ya que implica la fabricación de nutrientes orgánicos que almacenan la energía
lumínica proveniente del Sol en distintas moléculas útiles (carbohidratos). De hecho, el
nombre de este proceso proviene de las voces griegas foto, “luz”, y synthesis,
“composición”.

Después de la fotosíntesis, las moléculas orgánicas sintetizadas pueden ser empleadas

como fuente de energía química para sostener procesos vitales, como la respiración
celular y otras reacciones que forman parte del metabolismo de los seres vivos.

Para llevar a cabo la fotosíntesis, se requiere de la presencia de clorofila, un pigmento

sensible a la luz solar, que les confiere a las plantas y las algas su coloración verde
característica. Este pigmento se encuentra en los cloroplastos, organelas celulares de
diverso tamaño que son propias de las células vegetales, especialmente las células
foliares (de las hojas). Los cloroplastos contienen un conjunto
de proteínas y enzimas que permiten el desarrollo de las complejas reacciones que
forman parte del proceso fotosintético.

El proceso de fotosíntesis es fundamental para el ecosistema y para la vida tal y como

los conocemos, dado que permite la creación y circulación de la materia orgánica y la
fijación de materia inorgánica. Además, durante la fotosíntesis oxigénica se produce el
oxígeno que necesita la mayor parte de los seres vivos para su respiración.
Tipos de fotosíntesis

Se pueden distinguir dos tipos de fotosíntesis, en función de las sustancias utilizadas por
el organismo para llevar a cabo la reacción:

 Fotosíntesis oxigénica. Se caracteriza por la utilización de agua (H2O) para

la reducción del dióxido de carbono (CO2) consumido. En este tipo de
fotosíntesis, no solo se producen azúcares útiles para el organismo, sino que
también se obtiene oxígeno (O2) como producto de la reacción. Las plantas,
las algas y las cianobacterias llevan a cabo la fotosíntesis oxigénica.
 Fotosíntesis anoxigénica. El organismo no utiliza agua para la reducción del
dióxido de carbono (CO2), sino que aprovecha la luz solar para romper
moléculas de sulfuro de hidrógeno (H2S) o hidrógeno gaseoso (H2). Este tipo
de fotosíntesis no produce oxígeno (O2) y, en cambio, libera azufre como
producto de la reacción. La fotosíntesis anoxigénica es llevada a cabo por las
llamadas bacterias verdes y púrpuras del azufre, que contienen pigmentos
fotosintéticos agrupados con el nombre de bacterioclorofilas, que son
diferentes a la clorofila de las plantas.

Características de la fotosíntesis

En las plantas y algas, la fotosíntesis se lleva a cabo en organelas llamadas cloroplastos.

A grandes rasgos, la fotosíntesis se caracteriza por lo siguiente:

  Es un proceso bioquímico de aprovechamiento de la luz solar para la
obtención de compuestos orgánicos, o sea, de síntesis de nutrientes a partir
de elementos inorgánicos como el agua (H2O) y el dióxido de carbono
(CO2).
 Puede ser realizada por diversos organismos autótrofos, siempre y cuando
tengan pigmentos fotosintéticos (el más importante es la clorofila). Es el
proceso de nutrición de las plantas (tanto terrestres como acuáticas), las
algas, el fitoplancton, las bacterias fotosintéticas. Algunos
pocos animales son capaces de realizar fotosíntesis, entre ellos la babosa
marina Elysia chlorotica y la salamandra moteada Ambystoma
maculatum (esta última lo hace gracias a la simbiosis con un alga).
 En las plantas y las algas, la fotosíntesis se lleva a cabo en organelas
especializadas llamadas cloroplastos, en los que se encuentra la clorofila.
Las bacterias fotosintéticas también poseen clorofila (u otros pigmentos
análogos), pero no tienen cloroplastos.
 Existen dos tipos de fotosíntesis, según la sustancia utilizada para fijar el
carbono proveniente del dióxido de carbono (CO2). La fotosíntesis oxigénica
utiliza agua (H2O) y produce oxígeno (O2), que es liberado al medio
circundante. La fotosíntesis anoxigénica utiliza sulfuro de hidrógeno (H2S) o
hidrógeno gaseoso (H2), y no produce oxígeno sino que libera azufre.
 Desde la Antigua Grecia ya se postulaba la relación existente entre la luz
solar y las plantas. Sin embargo, los avances en el estudio y la comprensión
de la fotosíntesis comenzaron a cobrar importancia gracias a los aportes de
un conjunto sucesivo de científicos del siglo XVIII, XIX y XX. Por ejemplo,
el primero en demostrar la generación de oxígeno en los vegetales fue el
clérigo inglés Joseph Priestley (1732-1804) y el primero en formular la
ecuación básica de la fotosíntesis fue el botánico alemán Ferdinand Sachs
(1832-1897). Más adelante, el bioquímico norteamericano Melvin Calvin
(1911-1997), realizó otro enorme aporte, esclareciendo el ciclo de Calvin
(una de las fases de la fotosíntesis), lo que le valió el Premio Nobel
de Química en 1961.

Ecuación de la fotosíntesis

La ecuación general de la fotosíntesis oxigénica es la siguiente:

La forma correcta de formular esta ecuación químicamente, es decir, la ecuación
balanceada de esta reacción, es la siguiente:

Fases de la fotosíntesis

La etapa fotoquímica de la fotosíntesis se produce en presencia de luz solar.

La fotosíntesis como proceso químico ocurre en dos etapas diferenciadas: la etapa

luminosa (o lumínica) y la etapa oscura, llamadas así porque solo en la primera
interviene directamente la presencia de luz solar (lo cual no significa que la segunda
ocurra necesariamente en la oscuridad).

 Etapa luminosa o fotoquímica. Durante esta fase se dan las reacciones

dependientes de la luz en el interior de la planta, es decir, la planta capta
la energía solar por medio de la clorofila y la utiliza para producir ATP y
NADPH. Todo empieza cuando la molécula de clorofila entra en contacto
con la radiación solar y los electrones de sus capas exteriores son excitados,
lo que genera una cadena de transporte de electrones (semejante a
la electricidad), que es aprovechada para la síntesis de ATP (adenosín
trifosfato) y NADPH (nicotín adenín dinucleótido fosfato). La ruptura de una
molécula de agua en un proceso llamado “fotólisis” permite que una
molécula de clorofila recupere el electrón que perdió al ser excitada (se
requiere la excitación de varias moléculas de clorofila para llevar a cabo la
fase luminosa). Como resultado de la fotólisis de dos moléculas de agua, se
produce una molécula de oxígeno que es liberada a la atmósfera como
subproducto de esta fase de la fotosíntesis.
 Etapa oscura o sintética. Durante esta fase, que tiene lugar en la matriz o
estroma de los cloroplastos, la planta utiliza dióxido de carbono y aprovecha
las moléculas generadas durante la etapa previa (energía química) para
sintetizar sustancias orgánicas a través de un circuito de reacciones químicas
muy complejas conocido como el Ciclo de Calvin-Benson. Durante este
ciclo, y mediante la intervención de diferentes enzimas, el ATP y el NADPH
previamente formados, se sintetiza glucosa a partir del dióxido de carbono
que la planta toma de la atmósfera. La incorporación del dióxido de carbono
en compuestos orgánicos se conoce como fijación del carbono.
Importancia de la fotosíntesis

La fotosíntesis libera oxígeno en la atmósfera y en el agua.

La fotosíntesis es un proceso vital y central en la biosfera debido a múltiples

razones. La primera y más evidente es que produce oxígeno (O2), un gas
indispensable para la respiración tanto en el agua como en el aire. Sin plantas, la
mayoría de los seres vivos (incluyendo el ser humano) sencillamente no podrían
sobrevivir.

Por otro lado, al absorberlo del medio circundante, las plantas fijan el dióxido de
carbono (CO2) convirtiéndolo en materia orgánica. Este gas, que exhalamos al
respirar, es potencialmente tóxico si no se mantiene dentro de ciertos límites.

Debido a que las plantas utilizan el dióxido de carbono para fabricar su

propio alimento, la disminución de la vida vegetal en el planeta incide en el
aumento de este gas en la atmósfera, donde funciona como un agente
del calentamiento global. Por ejemplo, el CO2 actúa como un gas de efecto
invernadero, impidiendo que el exceso de calor que llega a la Tierra se irradie
hacia afuera de la atmósfera. Se estima que cada año los organismos fotosintéticos
fijan como sustancias orgánicas alrededor de 100.000 millones de toneladas de
carbono (EDITOR Etece, 2022).
¿Qué ocurre en la fase nocturna de la fotosíntesis?
En la fase nocturna (que se produce en el estroma), la ribulosa bifosfato se suma al
dióxido de carbono gaseoso (CO2) presente en el aire, dando como resultado la
producción de compuestos orgánicos, principalmente hidratos de carbono o azúcares,
compuestos cuyas moléculas contienen carbono, hidrógeno y oxígeno. Toda esta cadena
de transformación se denomina ciclo de Calvin.
La primera parte de la fase oscura es la fijación del carbono, que tiene lugar de distintas
maneras en las diferentes especies vegetales. A nivel fisiológico, el cannabis se clasifica
como planta C3, ya que usa las moléculas de dióxido de carbono de tres en tres.
Otras especies vegetales los usan en grupos de cuatro, como las plantas CAM y las C4,
pero en este artículo no estudiaremos tal variante. Las otras dos partes en que se divide
la fase oscura de la fotosíntesis son la reducción y la regeneración. Veamos en qué
consiste cada una de ellas.
Fijación: La primera enzima que interviene en el ciclo de Calvin se denomina
RUbisCO, y fija 3 átomos de CO2 atmosférico uniéndolos a 3 unidades de ribulosa
bifosfato. El resultado de tal unión son 6 moléculas de 3-fosfoglicerato.
Reducción: La molécula anterior se transforma en 1,3 bisfosfoglicerato por la acción de
6 unidades de ATP (generado en la fase luminosa), y dicho compuesto se transforma en
G3P por acción de 6 unidades de NADPH. Una de estas dos moléculas de G3P pasa a
las vías metabólicas de la planta para producir compuestos superiores como glucosa o
almidón, pero eso se explicará más adelante.
Regeneración: Finalmente, la adición de fósforo mediante 3 ATP acaba generando una
nueva molécula de ribulosa-1,5-bisfosfato, que desencadenará el proceso de nuevo.
Véase el esquema siguiente para más detalle:
FASE OSCURA Y CICLO DE CALVIN-BENSON. Dióxido de carbono,
fosfoglicerato, difosfoglicerato, fósforo inorgánico, fosfato de gliceraldehído, fosfato,
glucosa, fosfato de gliceraldehído, fosfato de ribulosa, difosfato de ribulosa, fijación del
CO2 mediante el enzima RuBisCO. Una parte del fosfato de gliceraldehído permanece
en el ciclo mientras que la otra lo abandona para transformarse en glúcidos.
Después de la formación de glucosa, ocurre una secuencia de reacciones químicas que
dan lugar a la formación de almidón y varios carbohidratos más. A partir de estos
productos, la planta elabora lípidos y proteínas necesarios para la formación del tejido
vegetal. Por ejemplo, el almidón producido se mezcla con el agua presente en las hojas
y es absorbido por unos tubitos minúsculos que existen en el tallo de la planta y, a través
de éstos, es transportado hasta la raíz, donde se almacena.
Este almidón es utilizado para fabricar celulosa, el principal constituyente de la madera.
Pero estos procesos son mucho más complejos, por tanto, no vamos a repasarlos aquí.
Sigamos, pues, con otra parte del proceso.
¿Qué es la fotorrespiración y qué beneficios tiene?
La fotorrespiración es un proceso que ocurre en el mesófilo de la hoja, en presencia de
luz y en donde la concentración de oxígeno es alta. Se trata de un “error” en el ciclo de
Calvin, ya que lo más eficiente para la planta, desde el punto de vista energético, es la
fijación de carbono. La causa de esto es que las plantas evolucionaron en un ambiente
con una concentración de dióxido de carbono atmosférico superior a la actual, en el cual
la probabilidad de que se produjese la fotorrespiración era ínfima.
Hoy en día, la atmosfera es menos rica en dióxido de carbono, por eso cuando el
cannabis es cultivado en atmósferas enriquecidas con dióxido de carbono, la producción
final aumenta, así como la velocidad de floración. Como hay menos competencia entre
oxígeno molecular (O2) y el CO2, la fotorrespiración ocurre menos a menudo y el
metabolismo de la planta funciona de manera más eficiente.
De hecho, los científicos acaban de descubrir que las plantas diseñadas para usar un
atajo fotorrespiratorio podrían aumentar drásticamente su producción (lo que podría
alimentar a hasta 200 millones de personas).
La temperatura más favorable para la fijación de carbono, respecto a la fotorrespiración,
son 24-25º C. Por eso, siempre se recomienda mantener la sala de cultivo a esas
temperaturas. Si se añade dióxido de carbono, la temperatura ideal asciende hasta los
28º C aproximadamente.
El proceso fotorrespiratorio conserva de promedio 3/4 de los carbohidratos de la RuBP,
que reaccionan con el oxígeno. La competición entre el CO2 y el O2 por la enzima
RUbisCO explica la fuerte inhibición de la fotosíntesis de las plantas C3 en condiciones
de bajo nivel de CO2 y el incremento de la fotosíntesis en bajos niveles de oxígeno. En
términos de productividad, la fotorrespiración es un proceso que reduce la fijación de
CO2 y el crecimiento de las plantas.
Sin embargo, ahora se sabe que el proceso fotorrespiratorio es importante para remover
el exceso de energía (ATP y NADPH2) producido bajo altos niveles de radiación o no
utilizados bajo situaciones de estrés hídrico, por ejemplo.
El cloroplasto absorbe O2, que es catalizado junto con la RuBP por la enzima RUbisCO,
transformándola así en ácido glicólico o glicolato. El glicolato es traspasado al
peroxisoma (saco membranoso que contiene enzimas) y, con la acción de O2, son
catalizados por la enzima oxidasa, transformándolos, por una parte, en peróxido de
hidrógeno (agua oxigenada) y, por la otra, en glioxilato, que incorpora nitrógeno por
transaminación y forma el aminoácido glicina.
Dos de estos aminoácidos son llevados a la mitocondria, donde finalmente se producen
tres compuestos: serina, amoníaco y CO2. Los gases CO2 y amoniaco se liberan. La
serina regresa al peroxisoma, donde es transformada en glicerato; este es llevado al
cloroplasto, y allí mediante el gasto de una molécula de ATP, se reintegra al ciclo de
Calvin como 3-fosfoglicerato (Por Sensi Seeds, 2020).