Fijación del carbono

Qué es la fijación de carbono

El nombre describe literalmente lo que ocurre: un átomo de carbono que flotaba libre en forma gaseosa queda «fijado», es decir, incorporado de modo estable a un esqueleto carbonado dentro de una molécula orgánica. La expresión procede del latín fixatio («acción de sujetar») y del latín carbo, -onis («carbón»). Aunque en el lenguaje corriente «fijar» sugiere un acto mecánico, aquí se trata de una reacción enzimática que crea un enlace covalente entre el CO₂ y un aceptor orgánico preexistente.

Se estima que la fotosíntesis convierte cada año del orden de 258 000 millones de toneladas de CO₂. La mayor parte de esa fijación ocurre en los océanos, a cargo del fitoplancton, aunque la vegetación terrestre contribuye de forma decisiva. Sin esa incorporación masiva, la cadena alimentaria humana sería sencillamente imposible.

El ciclo de Calvin-Benson

La ruta principal de fijación del carbono en plantas, algas y cianobacterias es el ciclo de Calvin-Benson, que se desarrolla en el estroma de los cloroplastos. Recibe su nombre de Melvin Calvin, bioquímico estadounidense que utilizó carbono 14 como trazador radiactivo para seguir el recorrido del CO₂ una vez dentro de la célula vegetal. Andrew Benson y James Bassham colaboraron en la investigación, publicada inicialmente en 1950 y reconocida con el Premio Nobel de Química en 1961.

El ciclo consta de tres etapas. Durante la primera (carboxilación), la enzima RuBisCO (ribulosa-1,5-bisfosfato carboxilasa/oxigenasa) une una molécula de CO₂ con la ribulosa-1,5-bisfosfato, un azúcar de cinco carbonos. El producto resultante, inestable, se escinde inmediatamente en dos moléculas de ácido 3-fosfoglicérico (3-PGA), cada una con tres carbonos. Esa escisión es la reacción clave de toda la ruta.

A continuación viene la reducción: el 3-PGA se transforma en gliceraldehído-3-fosfato (G3P) utilizando la energía almacenada en el ATP y el poder reductor del NADPH, ambos generados previamente en las reacciones luminosas de la fotosíntesis. Por último, la fase de regeneración recicla la mayor parte del G3P para reconstituir la ribulosa-1,5-bisfosfato y permitir que el ciclo gire de nuevo. Solo una de cada seis moléculas de G3P sale del ciclo como ganancia neta; las otras cinco se reordenan enzimáticamente para regenerar el aceptor. Se necesitan, por tanto, seis vueltas completas para producir una molécula de glucosa.

RuBisCO y su singularidad

RuBisCO merece una mención propia. Se la considera la proteína más abundante del planeta, presente en cada hoja que realiza fotosíntesis. A pesar de esa ubicuidad, su eficiencia catalítica es baja: procesa pocas moléculas de sustrato por segundo en comparación con otras enzimas metabólicas. Tiene, además, una peculiaridad incómoda: no distingue bien entre el CO₂ y el O₂. Cuando fija oxígeno en lugar de dióxido de carbono inicia una ruta colateral llamada fotorrespiración, que consume energía sin producir azúcares. Para compensar esa imprecisión, las plantas acumulan cantidades enormes de RuBisCO en sus cloroplastos.

Vías alternativas de fijación

No todos los organismos fijan carbono por el ciclo de Calvin. Hasta la fecha se conocen al menos seis rutas autótrofas distintas. Los organismos quimiosintéticos de fuentes hidrotermales, por ejemplo, emplean el ciclo reductivo del ácido cítrico inverso. Algunas arqueobacterias utilizan el ciclo del 3-hidroxipropionato. Cada una de estas vías refleja adaptaciones a entornos con temperaturas, presiones o concentraciones de CO₂ muy diferentes de las que encuentra una planta terrestre.

Preguntas frecuentes

De dónde procede el término fijación de carbono

Del latín fixatio (sujeción) y carbo (carbón). La metáfora es transparente: el CO₂ gaseoso, volátil por naturaleza, queda «sujeto» en un esqueleto orgánico sólido gracias a la acción de una enzima.

Tiene importancia médica directa

Sí, aunque indirecta en apariencia. Toda la energía que obtiene el ser humano de los alimentos procede, en último término, de la fijación fotosintética del carbono. Comprender este proceso es también relevante para la toxicología ambiental y la nutrición, porque las alteraciones en la productividad vegetal repercuten en la disponibilidad de nutrientes.

Por qué la fotosíntesis no fija todo el CO2 atmosférico

Porque una parte sustancial del carbono fijado durante el día se libera de nuevo como CO₂ mediante la respiración celular de las propias plantas. Se calcula que aproximadamente el 40 % del carbono fijado se consume en ese proceso metabólico diario. El balance neto entre fijación y respiración determina la productividad real de un ecosistema.

Referencias

1. Bassham JA, Benson AA, Calvin M. The path of carbon in photosynthesis. J Biol Chem. 1950;185(2):781-787.
2. Fijación de carbono. Wikipedia. Disponible en: https://es.wikipedia.org/wiki/Fijación_de_carbono
3. Ciclo de Calvin. Enciclopedia Significados. Disponible en: https://www.significados.com/ciclo-de-calvin/
4. Real Academia Nacional de Medicina. Diccionario de Términos Médicos. Entrada: fijación. Disponible en: https://dtme.ranm.es/