Fotosíntesis: la luz como generadora de vida (y 3)
Con este post concluye la pequeña serie en la que hemos querido acercar la importancia de la fotosíntesis para la vida.
Investigando
Hace más de 200 años se demostró que se requiere luz para el proceso que conocemos como fotosíntesis. Ahora se sabe que la fotosíntesis en realidad tiene lugar en dos etapas, una sola de las cuales requieren luz. La evidencia para este mecanismo en dos etapas fue presentada por primera vez, en 1905, por el fisiólogo botánico inglés F. F. Blackman, como resultado de experimentos en los cuales midió la velocidad de fotosíntesis en condiciones variables. Blackman primero hizo un gráfico en el que representó la taza de fotosíntesis a varias intensidades de luz. En una luz tenue a moderada, al aumentar la intensidad lumínica, aumentaba la tasa de fotosíntesis; pero a intensidades mayores, un nuevo incremento de la intensidad de la luz no producía efecto. Blackman estudio luego el efecto combinado de la luz y de la temperatura sobre la fotosíntesis. En luz tenue, un incremento de temperatura no tenía efecto. Sin embargo, encontró que si incrementaba la luz y también la temperatura, la tasa de fotosíntesis se aceleraba en gran medida. Cuando la temperatura aumentaba por encima de los 30 °C, la tasa de fotosíntesis se hacía más lenta y, finalmente, cesaba el proceso.
A base de estos experimentos, Blackman concluyó que en la fotosíntesis intervenía más de un conjunto de reacciones. Primero, había un grupo de reacciones dependientes de la luz que era independiente de la temperatura. La velocidad de estas reacciones podía ser acelerada en el rango de la luz tenue a moderada aumentando la cantidad de luz, pero no era acelerada por incrementos en la temperatura. Segundo, había un grupo de reacciones dependientes no de la luz, sino de la temperatura. Ambos grupos de reacciones parecían ser necesarios para el proceso de la fotosíntesis. Al aumentar la tasa de solo un grupo de reacciones se aumentaba la tasa de todo el proceso, solamente hasta el punto en el cual el segundo grupo de reacciones comenzaba a retrasar el primero (o sea, se volvía limitante de la velocidad). Entonces fue necesario incrementar la velocidad del segundo grupo de reacciones, para que el primero ocurriera sin impedimentos.
En los experimentos de Blackman, las reacciones dependientes de la temperatura se incrementaban en velocidad a medida que lo hacía la temperatura, pero solamente hasta aproximadamente 30 °C, después de lo cual la velocidad comenzaba a disminuir. De esta evidencia se concluyó que estas reacciones eran controladas por enzimas, dado que es la forma en que se espera que las enzimas respondan a la temperatura. Esta conclusión demostró ser correcta. De este modo se demostró que la fotosíntesis tiene una etapa dependiente de la luz, la etapa llamada de reacciones «lumínicas», y una tapa enzimática, independiente del de la luz, las reacciones «oscuras». Los términos reacciones «lumínicas» y «oscura» han creado mucha confusión, pues aunque las reacciones «oscuras» no requieren de la luz como tal, sino solamente de los productos químicos de las reacciones «lumínicas», pueden ocurrir tanto en la luz como en la oscuridad. Más aún, trabajos recientes han demostrado que la enzima que controla una de las reacciones «oscuras» clave es estimulada indirectamente por la luz. Como resultado, ahora estos términos están cayendo en desuso. Están siendo reemplazos por vocablos que describen más precisamente los procesos que ocurren durante cada etapa de la fotosíntesis.
Las etapas de la fotosíntesis
En la primera etapa de la fotosíntesis, las reacciones de captura de energía, la luz incide sobre las moléculas de clorofila a, que están compactadas en un modo especial en las membranas tilacoides. Los electrones de las moléculas de clorofila a son lanzados a niveles energéticos superiores, y, en una serie de reacciones, su energía adicional es usada en forma de ATP a partir de ADP y para reducir una molécula transportadora de electrones conocida como NADP+. El NADP+ es muy semejante al NAD+ y también se reduce por la adición de dos electrones y de un protón formando NADPH. Moléculas de agua también se extienden en esta tapa de la fotosíntesis, suministrando electrones que reemplazan a los que han sido lanzados desde las moléculas de clorofila a.
En la segunda etapa de la fotosíntesis, el ATP y el NADPH formados en la primera etapa se utilizan para reducir el carbono del dióxido de carbono a un azúcar simple. Así, la energía química almacenada temporalmente en las moléculas de ATP y de NADPH se transfiere a moléculas adecuadas para el transporte y el almacenamiento en la célula del alga o del cuerpo de la planta. Al mismo tiempo, se forma un esqueleto de carbono, a partir del cual pueden construirse otras moléculas orgánicas. Esta incorporación de CO2 en compuestos orgánicos se conoce como la fijación del carbono. Los pasos por los cuales se lleva acabo, llamados las reacciones de fracción del carbono, ocurre en el estroma del cloroplasto.
Fuente: Biología. Curtis & Barnes.
