¿Qué es la nutrición autótrofa y cómo funciona en las plantas?

Cómo funciona

Un ser vivo necesita dos cosas para crecer: átomos de carbono con los que construir sus moléculas y energía para unirlos. Los heterótrofos (animales, hongos y la mayoría de las bacterias) los obtienen comiendo. Los autótrofos los consiguen por su cuenta. Las plantas, las algas y un grupo de bacterias llamadas cianobacterias lo hacen con luz y se denominan fotoautótrofos, es decir, autótrofos que usan la luz.

Para una planta, las materias primas son tres: luz visible, dióxido de carbono (CO2) y agua. El resultado es oxígeno, que se libera, y azúcares sencillos. De ellos se origina una molécula de tres carbonos, el gliceraldehído 3-fosfato (G3P), con la que la planta puede fabricar glucosa, sacarosa y decenas de azúcares más. Una glucosa se forma a partir de dos moléculas de G3P.

Casi todo ocurre en la hoja. El proceso se desarrolla en una capa intermedia, el mesófilo. El CO2 entra por los estomas, pequeñas aberturas reguladas que suelen estar en la cara inferior, donde se pierde menos agua con el calor. Cada estoma está flanqueado por dos células oclusivas que lo abren o lo cierran al hincharse o encogerse.

Dentro de las células del mesófilo trabajan los cloroplastos, orgánulos (estructuras internas de la célula) rodeados por una doble membrana. Descienden de antiguas cianobacterias que vivían libres. En su interior hay sacos aplanados, los tilacoides, apilados en grupos llamados grana. En su membrana se encuentra la clorofila, el pigmento (molécula que absorbe luz) que recibe la luz. El líquido que rodea los grana se llama estroma.

La fotosíntesis se divide en dos etapas encadenadas. En las reacciones dependientes de la luz, la clorofila absorbe la energía luminosa y la convierte en energía química almacenada temporalmente en dos moléculas portadoras, el ATP y el NADPH. Se pueden imaginar como baterías: llenas cuando salen de esa primera etapa, vacías cuando han soltado su energía y vuelven a recargarse. Duran apenas millonésimas de segundo.

En la segunda etapa, las reacciones independientes de la luz, esa energía se gasta en montar azúcares con el carbono del CO2. No usan la luz como ingrediente, pero sí necesitan lo que produjo la primera etapa, y varias de sus enzimas (proteínas que aceleran reacciones químicas) se activan con luz. Por eso el nombre antiguo de «reacciones oscuras» confunde: sugiere algo que solo sucede de noche.

Esta segunda etapa es el ciclo de Calvin, y se desarrolla en el estroma en tres pasos. Primero, la fijación: una enzima llamada RuBisCO une una molécula de CO2 a un azúcar de cinco carbonos, el RuBP, y el resultado se divide en dos moléculas de tres carbonos (3-PGA). Fijar el carbono significa justo esto: pasarlo de forma inorgánica a molécula orgánica. Segundo, la reducción: el ATP y el NADPH ceden energía y electrones, y el 3-PGA se transforma en G3P. Tercero, la regeneración: de cada seis G3P, solo uno sale del ciclo hacia el citoplasma para fabricar otros compuestos; los cinco restantes se usan, con más ATP, para reconstruir el RuBP y empezar de nuevo.

Como el ciclo incorpora un solo CO2 por vuelta, hacen falta tres vueltas para exportar un G3P y seis para formar una glucosa.