La fotosíntesis es un proceso utilizado por las plantas y otros organismos para convertir la energía luminosa en energía química que, a través de la respiración celular , puede luego liberarse para alimentar las actividades del organismo. Parte de esta energía química se almacena en moléculas de carbohidratos , como azúcares y almidones , que se sintetizan a partir del dióxido de carbono y el agua ; de ahí el nombre de fotosíntesis , del griego phōs ( φῶς ), "luz" y sunthesis ( σύνθεσις ) " poner juntos".[1] [2] [3] En la mayoría de los casos, el oxígeno también se libera como un producto de desecho que almacena tres veces más energía química que los carbohidratos. [4] La mayoría de las plantas , algas y cianobacterias realizan la fotosíntesis; tales organismos se denominan fotoautótrofos . La fotosíntesis es en gran parte responsable de producir y mantener el contenido de oxígeno de la atmósfera terrestre y suministra la mayor parte de la energía necesaria para la vida en la Tierra. [5]
Aunque la fotosíntesis se realiza de manera diferente según las diferentes especies, el proceso siempre comienza cuando la energía de la luz es absorbida por proteínas llamadas centros de reacción que contienen pigmentos / cromóforos de clorofila verde (y otros colores). En las plantas, estas proteínas se mantienen dentro de orgánulos llamados cloroplastos , que son más abundantes en las células de las hojas, mientras que en las bacterias están incrustadas en la membrana plasmática . En estas reacciones dependientes de la luz, se usa algo de energía para quitar electrones.a partir de sustancias adecuadas, como agua, que producen oxígeno gaseoso. El hidrógeno liberado por la división del agua se utiliza en la creación de dos compuestos adicionales que sirven como reservas de energía a corto plazo, lo que permite su transferencia para impulsar otras reacciones: estos compuestos son fosfato de dinucleótido de nicotinamida y adenina reducido (NADPH) y trifosfato de adenosina ( ATP), la "moneda energética" de las células.
En las plantas, las algas y las cianobacterias, los azúcares se sintetizan mediante una secuencia posterior de reacciones independientes de la luz llamada ciclo de Calvin . En el ciclo de Calvin, el dióxido de carbono atmosférico se incorpora a compuestos orgánicos de carbono ya existentes, como el bisfosfato de ribulosa (RuBP). [6] Utilizando el ATP y NADPH producidos por las reacciones dependientes de la luz, los compuestos resultantes se reducen y eliminan para formar más carbohidratos, como glucosa . En otras bacterias, se utilizan diferentes mecanismos como el ciclo inverso de Krebs para lograr el mismo fin.
Los primeros organismos fotosintéticos probablemente evolucionaron temprano en la historia evolutiva de la vida y probablemente usaron agentes reductores como hidrógeno o sulfuro de hidrógeno , en lugar de agua, como fuentes de electrones. [7] Las cianobacterias aparecieron más tarde; el exceso de oxígeno que producían contribuyó directamente a la oxigenación de la Tierra , [8] que hizo posible la evolución de la vida compleja . En la actualidad, la tasa promedio de captura de energía mediante la fotosíntesis a nivel mundial es de aproximadamente 130 teravatios , [9] [10] [11]que es aproximadamente ocho veces el consumo de energía actual de la civilización humana . [12] Los organismos fotosintéticos también convierten alrededor de 100 a 115 mil millones de toneladas ( 91 a 104 petagramos ) de carbono en biomasa por año. [13] [14] Que las plantas reciben algo de energía de la luz, además del aire, el suelo y el agua, fue descubierto por primera vez en 1779 por Jan Ingenhousz .
La fotosíntesis es vital para los procesos climáticos, ya que captura el dióxido de carbono del aire y luego une el carbono en las plantas y también en los suelos y los productos cosechados. Se estima que sólo los cereales unen 3825 Tg (teragramos) de dióxido de carbono cada año, es decir, 3.825 millones de toneladas. [15]