¿Qué es la fotosíntesis? Etapas, ecuación e importancia

Concepto y origen del término

El término fotosíntesis proviene del griego: "phos" (luz) y "synthesis" (composición). Alude, por lo tanto, a la elaboración de sustancias a partir de la energía de la luz.

Los organismos capaces de fabricar su propia materia orgánica a partir de sustancias inorgánicas se denominan autótrofos; aquellos que la obtienen alimentándose de otros seres vivos, como los animales y los hongos, se denominan heterótrofos. La fotosíntesis es el mecanismo de nutrición de los autótrofos fotosintéticos, y de ella dependen, directa o indirectamente, los heterótrofos.

Sustancias y condiciones necesarias

• Luz: constituye la fuente de energía del proceso. En condiciones naturales, proviene del Sol.
• Agua (H₂O): es absorbida del suelo por los pelos absorbentes de la raíz y transportada hasta las hojas a través del xilema.
• Dióxido de carbono (CO₂): ingresa desde la atmósfera a través de los estomas, pequeñas aberturas de la epidermis de la hoja cuya apertura y cierre regula la planta.
• Pigmentos fotosintéticos: principalmente la clorofila, localizada en las membranas de los tilacoides de los cloroplastos.

Productos y ecuación global

El principal producto de la fotosíntesis es la glucosa, un glúcido que la planta utiliza como fuente de energía en la respiración celular y como materia prima para sintetizar otras sustancias, como la celulosa de sus paredes celulares, las proteínas o los lípidos. El excedente se almacena en forma de almidón en raíces, tallos, semillas y tubérculos.

El segundo producto es el oxígeno, que se libera al ambiente a través de los estomas. Es importante señalar que este oxígeno proviene de la ruptura de las moléculas de agua y no del dióxido de carbono.

El proceso se resume en la siguiente ecuación química: 6 CO₂ + 6 H₂O + energía lumínica → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂. Es decir, seis moléculas de dióxido de carbono y seis de agua, con el aporte de la energía de la luz, dan origen a una molécula de glucosa y seis moléculas de oxígeno.

Las fases de la fotosíntesis

La fotosíntesis se desarrolla en dos fases estrechamente vinculadas, que ocurren en distintas regiones del cloroplasto.

• Fase luminosa (o fase dependiente de la luz): tiene lugar en las membranas de los tilacoides. La energía captada por la clorofila impulsa una cadena de transporte de electrones que permite sintetizar ATP y NADPH. Para reponer los electrones cedidos por la clorofila, se produce la fotólisis del agua, es decir, su descomposición por acción de la luz, con liberación de oxígeno.
• Fase independiente de la luz (o ciclo de Calvin): tiene lugar en el estroma, el medio líquido que rodea a los tilacoides. La enzima RuBisCO incorpora el dióxido de carbono a una molécula orgánica preexistente (fijación del carbono) y, mediante la energía del ATP y el NADPH producidos en la fase anterior, se forman azúcares de tres carbonos a partir de los cuales se sintetiza la glucosa. Esta fase fue denominada tradicionalmente "fase oscura", aunque la expresión resulta imprecisa: no requiere luz de manera directa, pero se produce durante el día, mientras la fase luminosa le provee energía.

Factores que influyen en la fotosíntesis

• Intensidad lumínica: a mayor intensidad de luz, aumenta la tasa fotosintética, hasta alcanzar un punto de saturación a partir del cual no se registran incrementos.
• Concentración de dióxido de carbono: su aumento favorece la fotosíntesis, también hasta cierto límite.
• Temperatura: al tratarse de reacciones catalizadas por enzimas, existe una temperatura óptima. Las temperaturas excesivas reducen la actividad enzimática.
• Disponibilidad de agua: ante la falta de agua, la planta cierra sus estomas para evitar la deshidratación, lo que limita también el ingreso de dióxido de carbono.

Importancia biológica y ambiental

• Producción de oxígeno: la fotosíntesis es la fuente del oxígeno atmosférico que utilizan la mayoría de los seres vivos en la respiración celular.
• Base de las cadenas tróficas: los organismos fotosintéticos son los productores de los ecosistemas. La energía que obtienen los herbívoros, y luego los carnívoros, proviene en última instancia de la fotosíntesis.
• Regulación del clima: al fijar dióxido de carbono atmosférico, la fotosíntesis interviene en el ciclo del carbono y contribuye a moderar el efecto invernadero.
• Origen de los combustibles fósiles: el petróleo, el gas natural y el carbón se formaron a partir de restos de organismos que almacenaron, hace millones de años, energía obtenida por fotosíntesis.

Propuestas para el aula

• Ficha para completar: imprimir el esquema de esta sección y pedir a los estudiantes que escriban en cada recuadro la sustancia o la energía que corresponde. Puede utilizarse como evaluación diagnóstica antes de abordar el tema o como cierre, contrastándola con el esquema de la sección "Sustancias y condiciones necesarias".
• Observación de la liberación de oxígeno: colocar una rama de elodea (planta acuática que se consigue en acuarios) en un recipiente con agua, exponerla a la luz y registrar la aparición de burbujas. Puede variarse la distancia a la fuente de luz para relacionar la intensidad lumínica con la cantidad de burbujas.
• Experiencia comparativa: mantener durante dos semanas dos ejemplares de la misma especie, uno expuesto a la luz y otro en oscuridad, y registrar las diferencias observadas.
• Elaboración de un esquema de la hoja que indique, mediante flechas, las sustancias que ingresan y las que se liberan, y el lugar de la célula donde ocurre cada fase.
• Para Secundaria: interpretar gráficos de la tasa fotosintética en función de la intensidad lumínica, la temperatura o la concentración de dióxido de carbono.
• Repaso del vocabulario específico (estoma, cloroplasto, estroma, glucosa, autótrofo) mediante una sopa de letras o un crucigrama.