La fotosíntesis tiene lugar en los cloroplastos de las células de las plantas verdes. Se trata de pequeños orgánulos rodeados por una membrana que contienen millones de moléculas del pigmento captador de la luz llamado clorofila. Los cloroplastos se encuentran en todos los organismos fotosintéticos, excepto en las bacterias fotosintéticas. Se cree que se originaron a partir de bacterias fotosintéticas que invadieron otras células y posteriormente perdieron la capacidad de sobrevivir independientemente (
El proceso de la fotosíntesis se puede describir como una ecuación:
Esta simplificación es muy útil para explicar lo que sucede, pero puede sugerir que el proceso se realiza en un solo paso, cuando en realidad consta de dos etapas.
Durante la primera etapa (la fase lumínica) la clorofila capta la energía existente en la luz del Sol y la transforma en energía química. Al mismo tiempo, las moléculas de agua se dividen en átomos de hidrógeno y átomos de oxígeno. Este último es liberado al aire como producto de desecho. El segundo paso (la fase oscura) no requiere luz. La energía captada en la primera fase es utilizada para unir el hidrógeno (procedente del agua) con dióxido de carbono para fabricar
Una planta necesita seis moléculas de dióxido de carbono (CO2) y seis moléculas de agua (H2O) para fabricar una única molécula de glucosa (C6H12O6); también se producen seis moléculas de oxígeno (O2). Una ecuación química simple que mostraría este proceso sería la siguiente:
El primer paso de la fase lumínica es la absorción de la luz por los pigmentos. La mayor parte de las clorofilas captan la energía luminosa en las partes violeta y roja del
Cuando una molécula de clorofila del fotosistema II capta la energía de la luz, es excitada químicamente y cede un
El electrón cedido pasa a través de una cadena de moléculas (la cadena de transporte de electrones) inserta en unas membranas del interior de los cloroplastos llamadas tilacoides, hasta alcanzar finalmente una molécula de clorofila del fotosistema I. A medida que cada electrón pasa por esta cadena, la energía es captada y utilizada para convertir una molécula de ADP (adenosín difosfato) en una forma almacenadora de energía denominada ATP (adenosín trifosfato). Este proceso se conoce como fotofosforilación.
La luz absorbida por el fotosistema I también excita electrones. Éstos pasan por otra cadena de transporte de electrones, que contiene diferentes moléculas transportadoras (entre las cuales se hallan las siguientes: la plastocianina, una proteína azul que contiene cobre; la plastoquinona; el citocromo b6 y la ferredoxina, una proteína que contiene hierro). Al final de la cadena, los electrones son transferidos a un aceptor de electrones, una
Así pues, mediante las reacciones de la fase luminosa, se forma ATP, NADPH y oxígeno.
El ATP y el NADPH son utilizados a continuación para llevar a cabo las reacciones del ciclo de Calvin (llamado así por el bioquímico norteamericano
El ciclo de Calvin está constituido por una serie de pequeños pasos; cada uno de ellos está controlado por una enzima específica. Una vez realizada la cadena de pasos, el producto final se convierte de nuevo en la molécula que había al inicio, y el ciclo se repite a sí mismo.
El dióxido de carbono absorbido por el cloroplasto se une primero a una molécula aceptora llamada bifosfato de ribulosa (un
Las moléculas de glucosa se convierten posteriormente en almidón para su almacenamiento a corto plazo. Los productos de la fijación del carbono no se utilizan únicamente para obtener energía –pueden convertirse también en compuestos estructurales y genéticos, como los hidratos de carbono, las proteínas, los
Determinadas plantas tropicales, como la caña de azúcar y el maíz, pueden captar dióxido de carbono mediante una sustancia llamada fosfoenolpiruvato (PEP), antes de liberar el dióxido de carbono al ciclo de Calvin. Estas plantas se denominan plantas C4, puesto que el producto inmediato de la fijación del carbono es un compuesto de cuatro carbonos. (Las demás plantas se denominan C3 porque el primer producto estable de la fijación es el compuesto de tres carbonos llamado GP).
Las plantas C4 tienen una excepcionalmente alta afinidad con el dióxido de carbono, lo que les permite realizar la fotosíntesis de forma más eficaz que las plantas C3 en unas condiciones de luz solar intensa y altas temperaturas como las que se encuentran en los medios tropicales.
Algunas plantas de desierto pueden utilizar el sistema C4 para almacenar dióxido de carbono durante el día y convertirlo en hidratos de carbono durante la noche. Esto les permite mantener sus