La fotosíntesis permite que las plantas crezcan, se desarrollen y proporcionen el oxígeno que hace posible la vida en la Tierra.
La fotosíntesis es el proceso metabólico por el que las plantas verdes convierten sustancias inorgánicas (dióxido de carbono y agua) en sustancias orgánicas (hidratos de carbono) desprendiendo oxígeno, y lo hacen aprovechando la energía de la luz solar. Además, es el principal proceso de nutrición de las plantas y de otros organismos dotados de clorofila. Su nombre proviene de las voces griegas foto (luz), y synthesis (composición).
Cloroplastos dentro de células vegetales.
Para que se produzca la fotosíntesis se requiere de la presencia de clorofila, un pigmento sensible a la luz solar, el mismo que les confiere a las plantas y a 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 de 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.
Fases
La etapa fotoquímica de la fotosíntesis se produce en presencia de luz solar. La fotosíntesis, como proceso químico, ocurre en dos etapas diferenciadas:
Etapa luminosa o fotoquímica. Durante esta fase se dan las reacciones biolumínicas en el interior de la planta. Todo empieza cuando la molécula de clorofila entra en contacto con la radiación solar y los electrones de sus capas exteriores son excitados, desencadenando una cadena de transporte de electrones (semejante a la electricidad) que es aprovechada para la síntesis de adenosín trifosfato (ATP) y nicotín adenín dinucleótido fosfato (NADPH). 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 del agua se produce una molécula de oxígeno, que es liberada a la atmósfera como desecho de esta fase de la fotosíntesis.
Etapa oscura o sintética. Durante esta fase, que tiene lugar en la matriz o estoma 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. Durante este ciclo y mediante la intervención de diferentes enzimas (el ATP y el NADPH), previamente formadas, se utilizan para la fabricación de glucosa a partir de 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.
Características
La fotosíntesis puede ser realizada por diversos organismos autótrofos, siempre y cuando posean pigmentos fotosintéticos siendo, el más importante, la clorofila. La fotosíntesis es el proceso de nutrición de las plantas (tanto terrestres como acuáticas), las algas y el fitoplancton. Solo 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).
La babosa marina Elysia chlorotica y la salamandra moteada Ambystoma maculatum pueden realizar el proceso de fotosíntesis.
Existen dos tipos de fotosíntesis, según la sustancia utilizada para fijar el carbono proveniente del dióxido de carbono:
Fotosíntesis oxigénica. Se caracteriza por la utilización de agua para la reducción del dióxido de carbono consumido. En este tipo de fotosíntesis no solo se producen azúcares útiles para el organismo sino que, también, se obtiene oxígeno como producto de la reacción. Las plantas, las algas y las cianobacterias llevan a cabo la fotosíntesis oxigénica y, durante ésta, se produce el oxígeno que necesita la mayor parte de los seres vivos para su respiración.
Fotosíntesis anoxigénica. El organismo no utiliza agua para la reducción del dióxido de carbono sino que aprovecha la luz solar para romper moléculas de sulfuro de hidrógeno o hidrógeno gaseoso. Este tipo de fotosíntesis no produce oxígeno y, en cambio, libera azufre como producto de reacción. La fotosíntesis anoxigénica es llevada a cabo por las llamadas bacterias verdes y púrpuras del azufre, que contienen una clorofila diferente de la de las plantas.
Melvin Calvin (1911-1997) realizó grandes aportes al estudio de la fotosíntesis y ganó el Premio Nobel de Química en 1961.
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 científicos del siglo XVIII, XIX y XX. El primero en demostrar la generación de oxígeno en los vegetales fue Joseph Priestley (1732-1804) y el primero en formular la ecuación básica de la fotosíntesis fue Ferdinand Sachs (1832-1897). Más adelante, el bioquímico 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.
Cinco beneficios que aportan las plantas
1. Tienen propiedades medicinales. Desde tiempos remotos, gran cantidad de las medicinas que utilizamos proviene directamente de ellas, como muchos químicos que se extraen y se utilizan en la producción de una amplia variedad de fármacos.
2. Son la base de la alimentación de muchos organismos vivos. El ciclo de vida comienza gracias a las plantas, ya que es el sustento alimenticio (de una manera u otra), de los seres vivos y la biodiversidad que habita el planeta.
3. Sirven como materiales de construcción. La madera o el bambú son ejemplos. También se pueden utilizar para generar energía a través de la combustión o para fabricar materiales como el papel.
4. Protegen el suelo. La descomposición de la materia orgánica, en su mayoría plantas, le permite al suelo obtener los nutrientes necesarios para la agricultura.
5. Mantienen el equilibrio de los gases atmosféricos. Gracias a la fotosíntesis, el oxígeno consumido en la respiración y la combustión pueden reemplazarse. De esta manera se evita el incremento de dióxido de carbono.
