Cómo funciona la fotosíntesis

En los años 1600, Jan Baptist van Helmont cultivó un sauce en 200 libras de tierra seca; al cabo de cinco años, el árbol había ganado 164 libras y la tierra había perdido unas 2 onzas.

¿De dónde obtiene un árbol su masa?

Si tuvieras que adivinar de dónde procede la madera de un árbol, la tierra parecería la respuesta obvia. Van Helmont puso a prueba esa idea. Secó 200 libras de tierra en un horno, plantó un brote de sauce que pesaba cinco libras y lo regó solo con agua de lluvia o destilada durante cinco años. El árbol llegó a pesar unas 169 libras y 3 onzas, pero la tierra seca seguía pesando 200 libras menos unas 2 onzas. Concluyó que la madera, la corteza y las raíces habían surgido solo del agua.

Tenía razón a medias. El agua sí entra en la planta, pero la mayor parte de la masa seca de un árbol es carbono, y ese carbono viene del aire. Las plantas, las algas y las cianobacterias toman dióxido de carbono gaseoso, de bajo contenido energético, y usan la energía de la luz solar para incorporarlo a azúcares, de alto contenido energético. OpenStax Biology las llama fotoautótrofas, organismos que producen su propio alimento usando luz. Los animales, los hongos y la mayoría de las bacterias son heterótrofos: viven de los azúcares que primero produjo la fotosíntesis.

La reacción global suele escribirse como 6CO₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂, con la luz como fuente de energía. Seis moléculas de dióxido de carbono y seis de agua se convierten en una molécula de glucosa y seis de oxígeno. La ecuación parece sencilla, pero el proceso real pasa por muchos pasos con moléculas intermedias de corta duración.

Dentro del cloroplasto

En una hoja, la fotosíntesis ocurre principalmente en la capa intermedia, el mesófilo, dentro de orgánulos llamados cloroplastos. Un cloroplasto tiene una membrana externa y otra interna. En su interior hay discos planos llamados tilacoides, apilados en grupos llamados grana; a su alrededor hay un líquido llamado estroma. La clorofila se encuentra en las membranas de los tilacoides. La clorofila a absorbe luz azul y roja de los dos extremos del intervalo visible (de 400 a 700 nanómetros) y refleja el verde, por eso las hojas se ven verdes.

Dos etapas

Las reacciones dependientes de la luz ocurren en las membranas de los tilacoides. La energía luminosa pasa de un pigmento a otro, entre 300 y 400 moléculas de clorofila en cada antena, hasta un centro de reacción. Allí, la energía desprende un electrón, y el electrón perdido se repone al dividir el agua. De esa división procede el oxígeno. La energía se almacena por un momento en dos moléculas transportadoras, ATP y NADPH. Las propias mitocondrias de la hoja utilizan alrededor del 10 por ciento del oxígeno; el resto pasa al aire.

La segunda etapa, el ciclo de Calvin, ocurre en el estroma. Una enzima llamada RuBisCO une una molécula de dióxido de carbono a un azúcar de cinco carbonos, RuBP, y el resultado se divide en dos moléculas de tres carbonos. Después, el ATP y el NADPH las convierten en un azúcar llamado G3P. Cada vuelta del ciclo fija solo un carbono, así que hacen falta tres vueltas para exportar un G3P y seis para reunir el carbono necesario para una glucosa. El antiguo nombre "reacción oscura" es engañoso: sugiere que el ciclo ocurre solo de noche o sin luz, pero necesita el ATP y el NADPH producidos en las reacciones luminosas.