Fotosíntesis

Hoy, vamos a hablar de la fotosíntesis. Hay muy poca vida en este planeta que  pueda existir sin la fotosíntesis.  Es el precursor de casi todo  lo que ves a tu alrededor. Es la forma en la que pasamos de la luz  intangible del sol a los cuerpos físicos   como los de los humanos o las hambrientas  orugas, las muy hambrientas orugas. Pero, ¿qué significa realmente la fotosíntesis? Oigo decir todo el tiempo que la  fotosíntesis es el proceso por el   cual las plantas fabrican azúcares a partir de  la luz. Y casi parece magia. La luz no es una   sustancia. No está formada por los bloques  moleculares que componen toda la materia. Y, por lo tanto, no tiene masa. Puedes llenar una habitación de luz  y nunca te quedarás sin espacio. Entonces, ¿cómo podrías  hacer algo físico con la luz?  Bueno, pues, no se puede. En cambio, la luz es una forma de energía, y la  energía es la capacidad de realizar un trabajo. Por ello, es útil conocer el origen de la palabra.   La palabra fotosíntesis se compone de  dos palabras griegas. foto significa   literalmente luz y síntesis significa  juntar, componer o reunir, así es. Además de ser biólogo, soy también  un poco etimólogo, solo un poco,   lo justo para asegurarme de que puedo confundir  a las personas, tanto como me es posible. De cualquier forma, estamos usando literalmente  la luz para generar las reacciones que combinan   algunos ingredientes y los convierten en nuevos  productos, es decir una forma de trabajo. Así que no estás transformando la luz en  azúcares. Estás tomando materia que ya   existe en forma de seis moléculas de dióxido  de carbono y seis moléculas de agua líquida,   y usando la energía del sol para impulsar  una reacción que las combina en una nueva   sustancia que tiene oxígeno  molecular como subproducto. Piénsalo de esta manera. Cuando se  hornea un pastel, no se dice que se   ha hecho un pastel a partir del calor. Sería  más exacto decir que tomaste harina, huevos,   azúcar y mantequilla y usaste el calor para  combinarlos y transformarlos en algo nuevo. Siguiendo con nuestra analogía, los ingredientes  de la fotosíntesis son el dióxido de carbono   de la atmósfera y el agua del suelo, por  su parte la luz hace el trabajo pesado. El dióxido de carbono y el agua se  juntan para producir un carbohidrato,   palabra que literalmente significa carbono y agua. Como puedes ver en esta típica molécula de  un carbohidrato, en este caso la glucosa,   su carbono está unido a los mismos átomos que  componen el agua: dos hidrógenos y un oxígeno. Este carbohidrato tiene más energía química  o energía de enlace que las moléculas de   agua o de dióxido de carbono que  le sirvieron como ingredientes. Así, la energía al final del  proceso es mucho mayor que la   que tenían los ingredientes al principio.  Esto significa que la fotosíntesis es una   especie de reacción útil que almacena  energía como una gran celda solar   bioquímica. A este tipo de reacciones  las llamamos reacciones endergónicas.  Y ya puedes ver por qué son tan  valiosas en los sistemas biológicos. Tomas moléculas que no tienen mucha energía y   las usas para producir algo  que puede realizar trabajo. Y la cocina donde todo este trabajo ocurre es  el cloroplasto. Literalmente, el fabricante   verde. El cloroplasto es un pequeño organelo u  órgano presente en algunas células vegetales.   Y es lo que hace que las células vegetales y,  en última instancia, las plantas, sean verdes. Y esto se debe a que los cloroplastos  llevan un pigmento verde llamado clorofila. Ahora bien, de la misma manera que la  palabra fotosíntesis puede descomponerse   en sus dos raíces etimológicas, el proceso en  sí puede dividirse en dos pequeños segmentos.  Me gusta pensar en ellos como una etapa  de carga, en la que la energía de la luz   se convierte en energía química, y una etapa  de síntesis, en la que la energía se utiliza   para realizar el trabajo de sintetizar el  producto final, normalmente un carbohidrato. Así, el primer segmento requiere la  entrada directa de luz y, por lo tanto,   está formado por lo que se denomina  reacciones dependientes de la luz. Estas reacciones ocurren en unas secciones  del cloroplasto llamadas tilacoides,   las cuales forman estos pequeños sacos ordenados. El interior se llama lumen y  el exterior se llama estroma. Cuando un fotón de luz termina  su viaje de ocho minutos desde   la superficie del sol hasta  la superficie de una hoja,   su energía es absorbida por la clorofila  incrustada en la membrana del tilacoide. Esta energía alimenta una bomba que, literalmente,   carga el interior de los tilacoides como una  batería al mover los iones en su interior. A medida que la carga se acumula, la energía  puede utilizarse para realizar un trabajo. Ahora bien, el siguiente segmento de este proceso  ocurre fuera de los tilacoides, en el estroma. Una vez que tienen esta energía donde la  necesitan, los tilacoides la transfieren a una   molécula llamada ADP, difosfato de adenosina. Al añadir otro enlace de fosfato,   lo convierten en ATP, trifosfato  de adenosina o adenosín trifosfato. Puede que hayas oído hablar de este.  A menudo se le llama la “moneda energética  de la célula”. Prácticamente en todos los   lugares donde se necesita energía para que la  célula realice un trabajo, interviene el ATP. También habrás oído que la energía se  almacena dentro de los enlaces de fosfato,   y que al romperlos se libera la energía. Pero trata de recordar que estos  enlaces representados por las   líneas en estos diagramas son sólo una convención. Realmente representan una adherencia  de estos átomos entre sí por medio   de la atracción, y muestran dónde se adhieren. Pero la energía no está realmente en el  enlace, la atracción entre los átomos   acumula energía potencial como una banda  elástica de la que se tira muy fuerte. Al soltarla, podría golpear un vaso de papel  y hacer el trabajo de desplazar ese vaso. Después, la banda elástica caería al suelo en   un estado de baja energía ya que  ahora su energía se ha liberado. Así que, cuando pones la energía en  un sistema lo suficientemente grande   como para superar la atracción entre  los átomos y forzarlos a separarse,   rompiendo así los enlaces,  los átomos o, en este caso,   todo un grupo de fosfato puede salir disparado  llevando consigo lo que era energía potencial. Si choca con algo con lo que pueda enlazarse,  esa energía se libera al formarse el enlace y   puede utilizarse para realizar un trabajo. Parecido a la magia del ATP, que se puede   describir como energética porque es fácil romper  el enlace entre él y el último grupo de fosfato. Lo que significa que no necesitamos  invertir mucha energía en él y,   a cambio, podemos obtener mucha energía. Así que volvamos a los tilacoides. Esos fotones de   luz fueron capaces de generarnos una  molécula de ATP altamente energética. Pero el segundo segmento de  la fotosíntesis también va a   necesitar algunos electrones. Esa  energía luminosa se utiliza para   hacer el trabajo de cargar un acarreador de  electrones móvil con electrones y un protón. Este acarreador se llama NADP+. Y cuando su carga está completa   para realizar la siguiente serie de  reacciones, se le llama NADPH. Así que,   en pocas palabras, esas son las  reacciones dependientes de la luz. La única otra cosa importante que probablemente  deberías recordar es que, bueno, aquí es de donde   proviene todo el oxígeno en tus pulmones. Así que, ya sabes, no es la gran cosa. Cuando la clorofila se excita por ese fotón  de luz, se convierte en un verdadero abusador. El trabajo que está haciendo crea un  poderoso desequilibrio electroquímico   y la clorofila equilibra la ecuación  simplemente al robar un electrón del agua. Esto hace que el agua se rompa liberando su  oxígeno, el cuál la planta simplemente deja ir. Así que ahora que nos hemos ocupado  de la sección que depende de la luz,   vamos a hablar sobre la  sección que no depende de ella. Las reacciones independientes de la luz o el ciclo  de Calvin ocurren en el estroma del cloroplasto. Y aquí es donde ocurre la reacción  química más trascendente de la Tierra   y que permite toda la vida en este planeta:  la fijación del carbono gaseoso o inorgánico   en las cadenas de carbono o dicho de  otra manera en el carbono orgánico. Y esto es tan importante porque la  fijación no se produce por sí misma. El CO2 en la atmósfera no forma cadenas orgánicas   o azúcares cuando choca con más CO2  en la atmósfera. Requiere la ayuda   de enzimas y moléculas energéticas  fabricadas por organismos vivos. Por eso, cuando amartizamos por  primera vez un rover en Marte,   empezamos a buscar inmediatamente  la evidencia de moléculas orgánicas.  Esta sería una prueba de que algún  ser vivo está o estuvo viviendo allí. En las reacciones independientes de  la luz, una enzima vegetal fija el   dióxido de carbono del aire en una cadena de  carbono (fijación mediada por enzimas). Así   que el ATP y el NADPH que se produjeron  en las reacciones dependientes de la luz,   proporcionan la energía y los electrones  necesarios para crear dos moléculas   energéticamente reactivas que pueden combinarse  para hacer glucosa u otras moléculas útiles. Y lo mejor es que los subproductos de las  reacciones independientes de la luz, el ADP   y el NADP+, son transportados desde el estroma  de vuelta a los tilacoides para generar más   reacciones dependientes de la luz, y donde pueden  ser recargados y reciclados para su uso posterior. Y, voilà, fotosíntesis. La conclusión es que  la fotosíntesis permite pasar de la energía   intangible del sol a la energía química almacenada  en la que se sustenta la vida en este planeta. La energía del sol se convierte  en la energía química de una   molécula de carbohidrato en el cloroplasto. Posteriormente esa molécula puede  descomponerse en la mayor parte de esa   energía que es recuperada por la planta o por  las criaturas que se alimentan de esa planta. Toda la vida en la Tierra  está sustentada en el carbono.  Y cada una de las moléculas de  ese carbono existió una vez en   la atmósfera en forma gaseosa como  dióxido de carbono hasta que alguna   planta o microorganismo emprendedor lo  sintetizó en algo que se puede utilizar. Y mientras todo esto sucedía, las plantas llenaban   la atmósfera con el oxígeno que  todos necesitamos para respirar. Así que la próxima vez que veas una planta,  estrecha su hoja y dale las gracias.