DICCIONARIO MÉDICO
Fotosíntesis
La fotosíntesis es un proceso bioquímico mediante el cual plantas, algas y ciertas bacterias capturan la energía de la radiación solar y la emplean para sintetizar moléculas orgánicas a partir de dióxido de carbono y agua. Como subproducto se libera oxígeno molecular. La fotosíntesis es la principal vía de entrada de energía y de carbono orgánico en la biosfera terrestre. El término proviene del griego phōs (φῶς, "luz") y sýnthesis (σύνθεσις, "composición, unión"), y fue acuñado por el botánico Charles Barnes en 1893, quien lo propuso como alternativa al más antiguo "asimilación del carbono". En esencia, la fotosíntesis invierte la reacción de la respiración celular: donde la respiración descompone glucosa para obtener energía, la fotosíntesis construye glucosa almacenando energía luminosa en los enlaces químicos del azúcar. La ecuación global simplificada lo resume así: 6 CO₂ + 6 H₂O + energía luminosa → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂. Detrás de esa fórmula aparentemente sencilla se despliega una maquinaria molecular de gran complejidad que opera en dos grandes etapas acopladas. El pigmento responsable de absorber la radiación luminosa es la clorofila, una molécula que posee un anillo tetrapirrólico con un átomo de magnesio en su centro. La clorofila a está presente en todos los organismos fotosintéticos oxigénicos; la clorofila b, abundante en plantas superiores y algas verdes, actúa como pigmento accesorio que amplía el rango de longitudes de onda capturadas. Ambas absorben preferentemente la luz roja (en torno a 680 nm) y la azul-violeta (alrededor de 430 nm), y reflejan el verde, lo que explica el color característico de las hojas. Pelletier y Caventou aislaron la clorofila en 1817, utilizando disolventes suaves que permitieron por primera vez separar el pigmento sin destruirlo. Aquel avance técnico inauguró una línea de investigación que, un siglo después, desembocó en la elucidación completa de los fotosistemas por parte de los grupos de Robert Hill, Melvin Calvin y Peter Mitchell. En la fase luminosa (o fase dependiente de la luz), los fotones inciden sobre los complejos proteicos llamados fotosistema II y fotosistema I, situados en las membranas tilacoidales de los cloroplastos. La energía absorbida impulsa la fotólisis del agua, liberando oxígeno como subproducto, y genera un flujo de electrones que recorre una cadena de transporte hasta producir ATP y NADPH. La fotofosforilación es el nombre que recibe la síntesis de ATP acoplada a ese transporte electrónico, por analogía con la fosforilación oxidativa mitocondrial. Peter Mitchell recibió el premio Nobel de Química en 1978 por demostrar que el gradiente de protones generado a través de la membrana tilacoidal es la fuerza motriz de la producción de ATP, un principio que resultó ser compartido con las mitocondrias de las células animales. En la fase oscura (o ciclo de Calvin-Benson), que en realidad no requiere oscuridad sino solo la presencia de ATP y NADPH producidos en la fase anterior, la enzima RuBisCO fija el CO₂ atmosférico incorporándolo a una molécula de cinco carbonos (ribulosa-1,5-bisfosfato). A través de una serie de reacciones cíclicas se genera gliceraldehído-3-fosfato, el precursor a partir del cual la célula sintetiza glucosa y otros compuestos orgánicos. Aunque la fotosíntesis es un proceso propio de organismos vegetales y no ocurre en células humanas, su comprensión resulta pertinente en varias áreas de la medicina. Las porfirinas, intermediarios de la síntesis del hemo en los mamíferos, comparten con la clorofila la estructura tetrapirrólica. La acumulación anormal de porfirinas en la piel es el mecanismo de la fotosensibilidad cutánea en las porfirias, precisamente porque estas moléculas absorben la luz de manera análoga a la clorofila y generan especies reactivas de oxígeno que dañan los tejidos. La fotosíntesis oxigénica es, además, la fuente del oxígeno atmosférico que sostiene la respiración aerobia de todos los organismos animales. Cualquier alteración global en la capacidad fotosintética del planeta repercute, a largo plazo, en la composición de la atmósfera y en las condiciones de vida de la especie humana. Del griego phōs ("luz") y sýnthesis ("unión, composición"). Charles Barnes propuso el término en 1893 durante una reunión de la American Association for the Advancement of Science, con la intención de sustituir la expresión "asimilación del carbono" por una más precisa que reflejara el papel de la luz en el proceso. Estrictamente, no. Algunos organismos como la babosa marina Elysia chlorotica incorporan cloroplastos funcionales de las algas que ingieren y los mantienen activos durante semanas en sus propias células, un fenómeno denominado cleptoplastia. Sin embargo, el animal no posee la maquinaria genética completa para la fotosíntesis por sí mismo. Ambas moléculas comparten un esqueleto de cuatro anillos pirrólicos (un tetrapirrol). La diferencia radica en el metal central: magnesio en la clorofila, hierro en el grupo hemo. Las rutas biosintéticas de ambas divergen en un punto común, el ácido delta-aminolevulínico, lo que refleja un origen evolutivo compartido entre los procesos de captación de luz y de transporte de oxígeno.Qué es la fotosíntesis
La clorofila y la captación de luz
Fase luminosa y fase oscura
Relevancia en el ámbito biomédico
Preguntas frecuentes
¿De dónde viene la palabra fotosíntesis?
¿Existe algún animal capaz de realizar fotosíntesis?
¿Qué relación tiene la clorofila con el hemo de la sangre humana?
Referencias
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Infografías realizadas con https://BioRender.com
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