El Proceso de la Fotosíntesis

La fotosíntesis permite que las células capten la energía luminosa y la transformen en energía química. Esta se almacena y posteriormente la aprovechan en la síntesis de principios inmediatos. Se realiza en células que contienen cloroplastos. Para que la energía de la luz pueda ser utilizada, es necesario que sea absorbida. Las sustancias que absorben luz son los pigmentos. Son moléculas que contienen un grupo químico capaz de absorber una longitud de onda particular.

Pigmentos Fotosintéticos

Entre los pigmentos fotosintéticos se encuentran:

• Clorofilas (a, b y bacterioclorofila)
• Xantofila
• Carotenoides

La absorción de luz favorece la pérdida de un electrón hacia un aceptor adecuado. En los eucariotas, la clorofila a es el pigmento implicado en la transformación de la energía química. La mayor parte de las células vegetales y algas contienen, además, otros tipos de pigmentos como la clorofila b y los carotenoides. La clorofila y otros pigmentos, al captar los fotones, pasan a un estado excitado; cuando vuelven a su estado primitivo, ceden energía que es capaz de excitar a una molécula contigua. La luz que incide sobre la hoja se compone de una gran variedad de longitudes de onda, por lo que la presencia de pigmentos con diferentes propiedades de absorción garantiza que un mayor porcentaje de fotones pueda estimular la fotosíntesis.

Fotosistemas

Los cloroplastos contienen unas trescientas moléculas más de clorofila de las requeridas para la fotosíntesis. Actúan como una unidad fotosintética o fotosistema, en la cual solo un miembro del grupo, la clorofila del centro de reacción, actúa transfiriendo los electrones a un aceptor. El conjunto de moléculas de clorofila se encarga de absorber la luz y formar una especie de antena para captar fotones. Entonces se transfiere a la molécula del pigmento situada en el centro de la reacción. El centro de reacción contiene dos moléculas especiales de clorofila a que actúan como trampa energética, puesto que los electrones que liberan son enviados hacia la cadena de transporte electrónico de la membrana tilacoidal.

Tipos de Fotosistemas

Existen dos tipos de fotosistemas en los vegetales superiores:

• Fotosistema I (PSI): Se localiza preferentemente en las membranas de los tilacoides. El centro de reacción contiene dos moléculas de clorofila a denominadas P700, puesto que su máxima absorción es a 700 nm.
• Fotosistema II (PSII): Se localiza en los grana. Su centro de reacción contiene dos moléculas de clorofila a denominadas P680.

Cuando la luz solar incide sobre las membranas tilacoidales, se absorbe energía en los pigmentos antena de ambos fotosistemas, excitando los centros de reacción. Los electrones de los pigmentos son transferidos a un aceptor primario de electrones. La transferencia de electrones deja los pigmentos de los centros de reacción con un electrón menos y pasan a estar oxidados, iniciándose el flujo electrónico.

Fases de la Fotosíntesis

La fotosíntesis consta de dos fases:

Fase Lumínica

También llamada fase fotoquímica, tiene lugar en las membranas tilacoidales. Los electrones liberados se utilizan para reducir NADP⁺ a NADPH. A través de la cadena transportadora de electrones, la energía de estos se utiliza en la síntesis de ATP (fotofosforilación). La fase lumínica puede ser acíclica (requiere PSI y PSII) o cíclica (solo PSI).

Fase Oscura

También llamada fase biosintética, no depende directamente de la luz y tiene lugar en el estroma. Se aprovechan la energía (ATP) y el poder reductor (NADPH) obtenidos en la fase lumínica para asimilar y reducir CO₂. Se obtienen biomoléculas. El proceso de síntesis de compuestos de carbono se conoce como ciclo de Calvin.

Balance Energético y Otros Procesos

Para la síntesis de una molécula de glucosa (C₆H₁₂O₆) se necesitan 6 CO₂, 12 H₂O, y 48 fotones. El ciclo de Calvin necesita, por cada CO₂ incorporado, 2 NADPH y 3 ATP. La síntesis de compuestos orgánicos nitrogenados y azufrados se lleva a cabo mediante la reducción de iones nitrato y sulfato del suelo, gracias al ATP y al NADPH sintetizados en la fase luminosa.

Quimiosíntesis

La quimiosíntesis consiste en la síntesis de ATP a partir de la energía que se desprende de determinadas sustancias inorgánicas en las reacciones de oxidación. Los organismos que realizan estos procesos se denominan quimioautótrofos. Todos son bacterias. Son microorganismos que cierran los ciclos biogeoquímicos.