La Fotosíntesis: El Proceso Químico que Convierte el Dióxido de Carbono en Azúcares

La fotosíntesis es la reacción química donde el dióxido de carbono (CO₂) y el agua forman azúcares y producen oxígeno en presencia de energía lumínica. Las plantas utilizan los azúcares producidos en la fotosíntesis como fuente de alimento que es energía para la planta. En condiciones naturales, el sol proporciona la energía para iniciar el proceso de fotosíntesis.

La ecuación general de la fotosíntesis es:

6CO₂ + 6H₂O + energía → C₆H₁₂O₆ + 6O₂

La Glucólisis: Una Vía Metabólica Ancestral

_{La glucólisis es una serie de reacciones que extraen energía de la glucosa al romperla en dos moléculas de tres carbonos llamadas piruvato. La glucólisis es una vía metabólica ancestral —o sea, que su evolución ocurrió hace mucho tiempo— y se encuentra en la gran mayoría de los organismos vivos hoy en día}

_{La glucólisis tiene diez pasos}

• Fase en que se requiere energía. En esta fase, la molécula inicial de glucosa se reordena y se le añaden dos grupos fosfato. Los dos grupos fosfato causan inestabilidad en la molécula modificada —ahora llamada fructosa-1,6-bifosfato—, lo que permite que se divida en dos mitades y forme dos azúcares fosfatados de tres carbonos. Puesto que los fosfatos utilizados en estos pasos provienen de \text{ATP}ATPstart text, A, T, P, end text, se deben utilizar dos moléculas de \text{ATP}ATP
• Los dos azúcares de tres carbonos formados cuando se descompone el azúcar inestable son diferentes entre sí. Solo uno —el gliceraldehído-3-fosfato— puede entrar al siguiente paso. Sin embargo, el azúcar desfavorable, \text{DHAP}DHAPstart text, D, H, A, P, end text, se puede convertir fácilmente en el isómero favorable, por lo que ambos completan la vía al final.

  • Fase en que se libera energía. En esta fase, cada azúcar de tres carbonos se convierte en otra molécula de tres carbonos, piruvato, mediante una serie de reacciones. Estas reacciones producen dos moléculas de \text{ATP}ATPstart text, A, T, P, end text y una de \text{NADH}NADHstart text, N, A, D, H, end text. Dado que esta fase ocurre dos veces, una por cada dos azúcares de tres carbonos, resultan cuatro moléculas de \text{ATP}ATPstart text, A, T, P, end text y dos de \text{NADH}NADHstart text, N, A, D, H, end text en total.

  Cada reacción de la glucólisis es catalizada por su propia enzima. La enzima más importante para la regulación de la glucólisis es la fosfofructocinasa, que cataliza la formación de la inestable molécula de azúcar con dos fosfatos, fructuosa-1,6-bifosfato^44start superscript, 4, end superscript. La fosfofructocinasa acelera o frena la glucólisis en respuesta a las necesidades energéticas de la célula.

  En resumen, la glucólisis convierte una molécula de glucosa de seis carbonos en dos moléculas de piruvato de tres carbonos. El producto neto de este proceso son dos moléculas de \text{ATP}ATPstart text, A, T, P, end text (444 \text{ATP}ATPstart text, A, T, P, end text producidos –−minus 222 \text{ATP}ATPstart text, A, T, P, end text invertidos) y dos moléculas de \text{NADH}NADHstart text, N, A, D, H, end text.

  Los pasos a detalle: la fase en que se requiere energía

  Ya vimos lo que pasa en términos generales durante la fase de la glucólisis en la que se requiere energía. Se gastan dos moléculas de \text{ATP}ATPstart text, A, T, P, end text para formar un azúcar inestable con dos grupos fosfato, el cual se rompe para formar dos moléculas de tres carbonos que son isómeros entre sí.

  A continuación, veremos cada paso con mayor detalle. 

  Los pasos de la primera mitad de la glucólisis a detalle.

  1. La hexocinasa convierte la glucosa en glucosa-6-fosfato. Este paso convierte un ATP en ADP.
  2. La fosfoglucosa isomerasa convierte la glucosa-6-fosfato en fructosa-6-fosfato.
  3. La fosfofructocinasa convierte la fructosa-6-fosfato en fructosa-1,6-bifosfato. Este paso convierte un ATP en ADP.
  4. La fructosa-1,6-bifosfato se rompe en dos moléculas de tres carbonos, gliceraldehído-3-fosfato y dihidroxiacetona fosfato (DHAP). La enzima que cataliza este paso es la fructosa bifosfato aldolasa.
  5. Una enzima llamada triosa fosfato isomerasa convierte la DHAP en gliceraldehído-3-fosfato. Esta reacción puede desplazarse en cualquier dirección, pero debido a que el gliceraldehído-3-fosfato se utiliza continuamente en el resto de la vía, el equilibrio favorece la conversión de DHAP a gliceraldehído-3-fosfato.

  Paso 1.Un grupo fosfato se transfiere del
  

  \text{ATP}ATPstart text, A, T, P, end text a la glucosa y la transforma en glucosa-6-fosfato. La glucosa-6-fosfato es más reactiva que la glucosa y la adición del fosfato retiene la glucosa dentro de la célula, porque la glucosa con un fosfato es incapaz de atravesar por sí sola la membrana.

  Paso 2. La glucosa-6-fosfato se convierte en su isómero, la fructosa-6-fosfato.

  Paso 3. Un grupo fosfato se transfiere del \text{ATP}ATPstart text, A, T, P, end text a la fructosa-6-fosfato y se produce fructosa-1,6-bifosfato. Este paso lo cataliza la enzima fosfofructocinasa, que puede ser regulada para acelerar o frenar la vía de la glucólisis.

  Paso 4. La fructosa-1,6-bifosfato se rompe para generar dos azúcares de tres carbonos: la dihidroxiacetona fosfato (\text{DHAP}DHAPstart text, D, H, A, P, end text) y el gliceraldehído-3-fosfato. Estas moléculas son isómeros el uno del otro, pero solo el gliceraldehído-3-fosfato puede continuar directamente con los siguientes pasos de la glucólisis.

  Paso 5. La \text{DHAP}DHAPstart text, D, H, A, P, end text se convierte en gliceraldehído-3-fosfato. Ambas moléculas existen en equilibrio, pero dicho equilibrio «empuja» fuertemente hacia abajo, considerando el orden del diagrama anterior, conforme se va utilizando el gliceraldehído-3-fosfato. Es así que al final toda la \text{DHAP}DHAPstart text, D, H, A, P, end text se convierte en gliceraldehído-3-fosfato.