La fotosíntesis es el proceso biológico que convierte la energía luminosa en energía química almacenada en azúcar. Según National Geographic Education, las plantas utilizan la luz solar, el agua y el dióxido de carbono para crear oxígeno y energía en forma de azúcar, absorbiendo dióxido de carbono y agua y liberando oxígeno mientras almacenan energía en moléculas de glucosa.
Dónde ocurre: dentro del cloroplasto
El proceso tiene lugar en los cloroplastos, orgánulos que se encuentran en las células de plantas y algas, según National Geographic Education. Los cloroplastos contienen dos regiones clave descritas en referencias de biología en bio.libretexts.org: las membranas tilacoides, donde ocurren las reacciones dependientes de la luz, y el estroma, el espacio fluido donde tienen lugar las reacciones independientes de la luz del ciclo de Calvin.
La clorofila, el pigmento verde empaquetado en las membranas tilacoides, absorbe energía principalmente de las longitudes de onda azul y roja mientras refleja la luz verde, lo que explica por qué la mayoría de las hojas parecen verdes, según National Geographic Education.
Primera etapa: las reacciones dependientes de la luz
En la membrana tilacoide, la energía luminosa absorbida por la clorofila en una estructura llamada fotosistema II se utiliza para dividir moléculas de agua, según bio.libretexts.org. Esa división libera dos electrones, dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno; el oxígeno se libera como subproducto, que es la fuente del oxígeno que liberan las plantas.
Los electrones liberados viajan a través de una cadena de transporte de electrones desde el fotosistema II a través de un complejo llamado citocromo b6f hasta el fotosistema I, perdiendo energía en el camino y siendo re-energizados por la luz absorbida en el fotosistema I, según bio.libretexts.org. A medida que los electrones se mueven a través del citocromo b6f, los iones de hidrógeno se bombean a través de la membrana tilacoide, construyendo un gradiente de concentración. Ese gradiente impulsa la quimiosmosis, en la cual la ATP sintasa añade un grupo fosfato al ADP para formar ATP. En el fotosistema I, los electrones de alta energía se utilizan en última instancia para convertir NADP+ en NADPH.
El resultado neto de esta etapa, según lo resumido por bio.libretexts.org, es la reacción: 2 H2O + 2 NADP+ + 3 ADP + 3 Pi → O2 + 2 NADPH + 3 ATP. El ATP y NADPH producidos aquí llevan energía química a la segunda etapa.
Segunda etapa: el ciclo de Calvin
El ciclo de Calvin ocurre en el estroma y no requiere luz directamente, según bio.libretexts.org. Se ejecuta en tres etapas. Primero, en la fijación del carbono, la enzima RuBisCO combina dióxido de carbono con una molécula de cinco carbonos llamada RuBP, produciendo dos moléculas de ácido 3-fosfoglicérico (3-PGA) para cada CO2 fijado.
Segundo, en la reducción, el ATP y el NADPH producidos durante las reacciones dependientes de la luz convierten 3-PGA en gliceraldehído 3-fosfato (G3P), el bloque de construcción que las plantas utilizan para hacer glucosa y otros carbohidratos. Tercero, en la regeneración, la mayoría del G3P producido se utiliza para reconstruir RuBP, utilizando ATP adicional, para que el ciclo continúe, según bio.libretexts.org.
Producir una molécula de G3P requiere tres vueltas del ciclo, consumiendo tres moléculas de CO2, nueve de ATP y seis de NADPH; construir una molécula de glucosa requiere seis vueltas del ciclo, según bio.libretexts.org.
Por qué la fotosíntesis es importante más allá de la planta
National Geographic Education afirma que la mayoría de la vida en la Tierra depende de la fotosíntesis: los herbívoros obtienen energía comiendo plantas, y los carnívoros la obtienen indirectamente comiendo herbívoros, lo que hace que la fotosíntesis sea el punto de entrada de energía en la mayoría de las cadenas alimenticias. El proceso es también la principal fuente de oxígeno atmosférico.
Las plantas terrestres no son los únicos fotosintéticos que importan para el suministro de oxígeno del planeta. Según el Servicio Nacional de Océanos de NOAA, aproximadamente la mitad del oxígeno de la Tierra se origina en el océano, producido por fitoplancton — plantas flotantes, algas y algunas bacterias capaces de fotosíntesis. NOAA destaca a Prochlorococcus, descrito como el organismo fotosintético más pequeño de la Tierra, como una especie que produce hasta el 20% del oxígeno en toda la biosfera, más que todos los bosques tropicales combinados.
NOAA también señala una advertencia importante: en el océano, aproximadamente tanto oxígeno se produce por fotosíntesis como se consume por la vida marina a través de la respiración y descomposición, por lo que el océano funciona más como un ciclo de oxígeno equilibrado que como una ganancia atmosférica neta.
Las dos etapas de un vistazo
Reacciones dependientes de la luz frente al ciclo de Calvin| Característica | Reacciones dependientes de la luz | Ciclo de Calvin |
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| Ubicación en el cloroplasto | Membrana tilacoide | Estroma |
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| ¿Requiere luz directa? | Sí | No |
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| Entradas principales | Luz, agua (H2O) | CO2, ATP, NADPH |
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| Salidas principales | ATP, NADPH, O2 | G3P (bloque de construcción de glucosa), ADP, NADP+ |
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| Molécula/enzima clave | Clorofila, fotosistemas I y II | RuBisCO |
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