Fotosíntesis y respiración celular

Ideas clave

• La fotosíntesis es el proceso con que plantas, algas y cianobacterias fabrican su propio alimento usando la energía de la luz. Toman dióxido de carbono (CO2) del aire y agua (H2O) del suelo y producen glucosa (C6H12O6, un azúcar) y oxígeno (O2). La ecuación global es: 6 CO2 + 6 H2O + luz → C6H12O6 + 6 O2. Cuenta los átomos: hay 6 de carbono, 12 de hidrógeno y 18 de oxígeno a cada lado; la materia se conserva. El oxígeno que sale viene de romper las moléculas de agua, no del CO2. La luz es la fuente de energía: queda guardada en los enlaces de la glucosa.
• En las plantas la fotosíntesis ocurre sobre todo en las hojas, que están llenas de cloroplastos. El cloroplasto es el organelo donde pasa todo: tiene clorofila, el pigmento verde que capta la luz. El CO2 entra y el O2 sale por los estomas, poros diminutos de la hoja que se abren y se cierran; el agua sube desde las raíces. Dos etapas: con la luz se fabrica ATP, la molécula que guarda energía lista para usar, y con esa energía se arma la glucosa a partir del CO2 dentro del mismo cloroplasto.
• La respiración celular es el proceso con que las células obtienen energía utilizable de la glucosa. Es una oxidación: la glucosa reacciona con oxígeno y se descompone en CO2 y agua, y la energía que tenía guardada pasa al ATP, la «moneda de energía» de la célula, que paga todo lo que la célula hace; una parte se pierde como calor. Ecuación global: C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O + energía (ATP). En las células eucariontes ocurre en las mitocondrias. No es lo mismo que respirar con los pulmones: respirar trae el O2 y saca el CO2 que las células usan y producen.
• Las plantas también respiran: tienen mitocondrias y, de día y de noche, oxidan parte de la glucosa que fabricaron. De día, con luz, fotosintetizan mucho más de lo que respiran, así que en el balance toman CO2 y liberan O2; de noche solo respiran, y toman O2 y liberan CO2. Los dos procesos son complementarios: los productos de uno son los reactantes del otro. La fotosíntesis guarda energía de la luz en la glucosa; la respiración la libera para usarla. En el ecosistema, la materia orgánica que fabrica un productor la usan él, los herbívoros, los carnívoros y los descomponedores.
• Energía: entra como luz, la fotosíntesis la guarda en moléculas orgánicas, la respiración la libera y en cada paso una parte se pierde como calor; por eso la energía fluye y no vuelve. Carbono: la fotosíntesis saca CO2 del aire y lo convierte en materia orgánica, y la respiración lo devuelve; por eso el carbono circula. Los combustibles fósiles son restos de seres vivos de hace millones de años: al quemarlos se libera, como calor, la energía del Sol que la fotosíntesis guardó, y su CO2 vuelve al aire; esa quema es la causa principal del aumento del CO2 atmosférico.
• Sin fotosíntesis no habría casi nada de lo que comemos ni oxígeno para respirar. Hace unos 2400 millones de años, el O2 que liberaban las cianobacterias se acumuló y cambió la atmósfera (la Gran Oxidación): antes casi no había oxígeno libre y hoy el aire tiene cerca del 21 %. La producción primaria es la materia orgánica que fabrican los productores; de ella dependen herbívoros, carnívoros y nosotros: cultivos, pastos, bosques y pesca. En el mar, el fitoplancton es la base de la red alimentaria y consume CO2 a una escala comparable a la de los bosques y las plantas terrestres.
• La rapidez de la fotosíntesis depende del ambiente. Luz: a más intensidad, más fotosíntesis, hasta que se estabiliza. CO2: más CO2 la acelera hasta que otro factor la limita. Temperatura: el calor la acelera hasta un óptimo; el frío y el calor excesivo la frenan. Agua: si falta, la planta cierra los estomas y entra menos CO2. El factor más escaso fija el ritmo (factor limitante, idea de Blackman, 1905). En Chile la producción primaria la afectan factores bióticos (plagas, interacciones), abióticos (temperatura, sequías, vulcanismo) y acciones humanas como la tala y los incendios.

Reglas y fórmulas

Ejemplos resueltos