Dónde tiene lugar la fase oscura de la fotosíntesis

Dentro de las células vegetales, los cloroplastos son orgánulos especializados que sirven como lugares de la fotosíntesis. Las reacciones que componen el proceso de la fotosíntesis pueden dividirse en reacciones dependientes de la luz, que tienen lugar en los tilacoides, y reacciones independientes de la luz (también conocidas como reacciones oscuras o ciclo de Calvin), que tienen lugar en el estroma.

En el interior de la membrana interna del cloroplasto y rodeando a los tilacoides se encuentra un líquido llamado estroma. En el estroma tienen lugar las reacciones independientes de la luz de la fotosíntesis. Contiene enzimas que trabajan con el ATP y el NADPH para “fijar” el carbono del dióxido de carbono en moléculas que pueden utilizarse para construir glucosa. El material genético propio del cloroplasto (separado del de la célula) también se almacena en el estroma.

El interior del cloroplasto contiene otra membrana, la membrana tilacoide, que se pliega para formar numerosas pilas de discos conectados. Cada disco es un tilacoide y cada pila es un granum (pl. grana).

Las reacciones de la fotosíntesis, que dependen de la luz, tienen lugar en los tilacoides. Estas reacciones se producen cuando el pigmento clorofila, situado dentro de las membranas de los tilacoides, capta la energía del sol (fotones) para iniciar la ruptura de las moléculas de agua.

Fotosíntesis de la luz

Como su nombre indica, las reacciones dependientes de la luz requieren luz solar. En las reacciones dependientes de la luz, la clorofila absorbe la energía de la luz solar y la convierte en energía química almacenada, en forma de la molécula portadora de electrones NADPH (nicotinamida adenina dinucleótido fosfato) y la molécula de moneda energética ATP (adenosín trifosfato). Las reacciones dependientes de la luz tienen lugar en las membranas de los tilacoides en el granum (pila de tilacoides), dentro del cloroplasto.

Figura: Las dos etapas de la fotosíntesis: La fotosíntesis se desarrolla en dos etapas: las reacciones dependientes de la luz y el ciclo de Calvin (reacciones independientes de la luz). Las reacciones dependientes de la luz, que tienen lugar en la membrana del tilacoide, utilizan la energía luminosa para producir ATP y NADPH. El ciclo de Calvin, que tiene lugar en el estroma, utiliza la energía derivada de estos compuestos para fabricar GA3P a partir de CO2.

El proceso que convierte la energía luminosa en energía química tiene lugar en un complejo multiproteico llamado fotosistema. En la membrana del tilacoide hay dos tipos de fotosistemas: el fotosistema II ( PSII) y el fotosistema I (PSI). Cada fotosistema desempeña un papel fundamental en la captación de la energía de la luz solar mediante la excitación de electrones. Estos electrones excitados son transportados por moléculas “portadoras de energía”, que alimentan las reacciones independientes de la luz.

Fase oscura de la fotosíntesis

Los procesos de todos los organismos -desde las bacterias hasta los seres humanos- requieren energía. Para obtener esta energía, muchos organismos acceden a la energía almacenada comiendo, es decir, ingiriendo otros organismos. Pero, ¿de dónde procede la energía almacenada en los alimentos? Toda esta energía puede remontarse a la fotosíntesis.

La fotosíntesis es esencial para toda la vida en la Tierra; tanto las plantas como los animales dependen de ella. Es el único proceso biológico que puede captar la energía que se origina en el espacio exterior (la luz solar) y convertirla en compuestos químicos (carbohidratos) que todo organismo utiliza para alimentar su metabolismo. En resumen, la energía de la luz solar se captura y se utiliza para energizar los electrones, que luego se almacenan en los enlaces covalentes de las moléculas de azúcar. ¿Qué duración y estabilidad tienen esos enlaces covalentes? La energía que se extrae hoy en día al quemar carbón y productos petrolíferos representa la energía de la luz solar captada y almacenada por la fotosíntesis hace unos 300 millones de años.

Figura 1. Los fotoautótrofos, incluyendo (a) las plantas, (b) las algas y (c) las cianobacterias, sintetizan sus compuestos orgánicos mediante la fotosíntesis utilizando la luz solar como fuente de energía. Las cianobacterias y las algas planctónicas pueden crecer en áreas enormes en el agua, a veces cubriendo completamente la superficie. En un (d) respiradero de aguas profundas, los quimioautótrofos, como estas (e) bacterias termófilas, capturan la energía de los compuestos inorgánicos para producir compuestos orgánicos. El ecosistema que rodea los respiraderos tiene una gran variedad de animales, como gusanos tubícolas, crustáceos y pulpos, que obtienen energía de las bacterias. (crédito a: modificación del trabajo de Steve Hillebrand, Servicio de Pesca y Vida Silvestre de los Estados Unidos; crédito b: modificación del trabajo de “eutrophication&hypoxia”/Flickr; crédito c: modificación del trabajo de la NASA; crédito d: Universidad de Washington, NOAA; crédito e: modificación del trabajo de Mark Amend, West Coast and Polar Regions Undersea Research Center, UAF, NOAA)

Productos de la fase luminosa de la fotosíntesis

El material del interior del cloroplasto se denomina estroma. Dentro del estroma hay pilas de tilacoides, los suborganismos que son el lugar de la fotosíntesis. Los tilacoides están dispuestos en pilas llamadas grana (singular: granum). Un tilacoide tiene forma de disco aplanado. En su interior hay una zona vacía llamada espacio tilacoide o lumen. La fase luminosa de la fotosíntesis tiene lugar en la membrana del tilacoide. La fase oscura de la fotosíntesis tiene lugar en el estroma. Obsérvese que el cloroplasto está rodeado por una doble membrana.

La energía necesaria para la fotosíntesis se obtiene de la luz solar (o de la luz artificial). La planta verde almacena esta energía en forma de ATP (trifosfato de adenosina) y luego utiliza la energía para realizar la fotosíntesis.

El dióxido de carbono del aire es la principal fuente para las hojas de las plantas. También el dióxido de carbono producido por las mitocondrias de la planta durante la respiración aeróbica es una fuente menor. El dióxido de carbono disuelto en el agua es la principal fuente para las plantas acuáticas.

La fotosíntesis tiene lugar en dos etapas: la etapa luminosa y la etapa oscura. La etapa luminosa necesita luz, por lo que se denomina etapa dependiente de la luz. La etapa oscura se denomina etapa independiente de la luz.