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Respuesta:3. Introducción
Los seres humanos no somos capaces de obtener por sí mismos los nutrientes que necesitamos para vivir, sino que nos valemos de los alimentos para ello. Si lo piensas un momento, nuestra alimentación, así como gran parte del oxígeno que respiramos, depende de las plantas. Pero, ¿de qué o quién dependen las plantas?; es decir, ¿cómo obtienen nutrientes? y ¿cómo hacen para liberar oxígeno? La respuesta a ambas interrogantes se resume en una palabra: fotosíntesis.
La fotosíntesis es un proceso que realizan algunos organismos, como plantas, algas y diversas bacterias, los cuales son autótrofos.
Pero, ¿qué son los organismos autótrofos? Son aquellos que pueden obtener su carbono constitutivo (orgánico) a partir de una fuente inorgánica: el dióxido de carbono (CO2). En otras palabras, “elaboran sus propias moléculas que les sirven de alimento”.
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4. Desarrollo (¿Qué debes saber?)
4.1 ¿Qué es la fotosíntesis?
Si bien existen varios mecanismos de autotrofia, el más extendido es la fotosíntesis, que consiste en una serie de reacciones mediante las cuales un organismo toma dióxido de carbono (CO2) y agua (H2O) para producir carbohidratos simples; para ello, emplea energía luminosa (normalmente del Sol). Se puede decir, entonces, que una planta "transforma" la energía lumínica en energía química, que luego almacena como azúcares o grasas.
Ya que los carbohidratos son muy energéticos, pueden emplearse para formar otros macronutrientes útiles a las proteínas, como los almidones, las grasas y los aminoácidos.
La fotosíntesis de las plantas puede resumirse en esta ecuación química:
En realidad, el proceso de la fotosíntesis es mucho más complejo, ya que involucra varios subprocesos de oxido-reducción. Como recordarás, las reacciones de óxido-reducción implican la transferencia de electrones; no obstante, en los sistemas biológicos, ganar o perder un electrón puede ser un cambio bastante brusco al punto de alterar completamente las propiedades de las biomoléculas, por lo que se debe hacer una consideración adicional.
El estado de oxidación de un átomo de carbono dependerá del otro átomo con el que se encuentre enlazado, por lo que podemos decir que un carbono está más reducido si el otro átomo permite que los electrones estén "más cerca" del átomo de carbono; por el contrario, estará más oxidado si los electrones se encuentran "más lejos" del átomo de carbono.
¿Por qué esto es importante? Porque los seres vivos pueden extraer mayores cantidades de energía de aquellos compuestos con carbonos más reducidos, pues es más fácil remover sus electrones. Veámoslo con un ejemplo: El dióxido de carbono es una sustancia de residuo inorgánica y de un solo carbono (CO2), donde el átomo que posee mayor electronegatividad es el oxígeno; por lo tanto, en el enlace covalente, los electrones se verán atraídos hacia el oxígeno, alejándose del carbono
Este principio aplica a toda molécula y también puede verse fuera de los seres vivos. Así, los azúcares son moléculas muy energéticas, ya que son compuestos con átomos de carbono reducidos; es decir, tienen varios electrones de alta energía, que pueden ser extraídos con cierta facilidad. Asimismo, las grasas son otros compuestos muy energéticos. En la vida cotidiana, si quemamos madera, aceite o un combustible fósil, estamos liberando esa energía del compuesto orgánico complejo y, al final, obtenemos CO2, un compuesto de baja energía y de carbono muy oxidado.
Figura 1. Estructura del dióxido de carbono y el metano con sus respectivos valores de electronegativo por cada elemento.
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Figura 2. Ejemplos de enlaces con electrones de alta energía en distintos compuestos. a) Escala en compuestos de un solo carbono. b) Comparación entre la molécula de glucosa, un azúcar simple y el agua.
El complejo desarrollados de oxígeno: como su nombre lo indica, en este se rompen las moléculas de agua para extraer sus electrones, con lo cual se forma el oxígeno que respiramos.