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La fotosíntesis es el conjunto de reacciones gracias a las cuales las plantas verdes a partir de la energía luminosa transforman el agua y el anhídrido carbónico en oxígeno y sustancias orgánicas ricas en energía. Sin el proceso de la fotosíntesis no sería posible la presencia del oxígeno en la atmosfera. Son muchos los seres vivos que dependen del oxígeno que se libera durante la fotosíntesis y no sólo del oxígeno desprendido, sino que la mayor parte de estructuras de los seres vivos para su desarrollo necesitan los productos orgánicos formados durante la fotosíntesis junto a materia inorgánica del propio medio ambiente. Por tanto, puede decirse que la materia que forma a los seres vivos está constituida por materia orgánica. Para que la fotosíntesis se produzca, se requiere de cinco factores fundamentales: luz, agua, dióxido de carbono, pigmentos y temperatura

Proceso de la fotosíntesis

En este proceso, la energía luminosa se transforma en energía química estable, siendo el adenosín trifosfato (ATP) la primera molécula en la que queda almacenada esa energía química. Con posterioridad, el ATP se usa para sintetizar moléculas orgánicas de mayor estabilidad. Además, se debe tener en cuenta que la vida en nuestro planeta se mantiene fundamentalmente gracias a la fotosíntesis que realizan las algas, en el medio acuático, y las plantas, en el medio terrestre, que tienen la capacidad de sintetizar materia orgánica (imprescindible para la constitución de los seres vivos) partiendo de la luz y la materia inorgánica. Los orgánulos citoplasmáticos encargados de la realización de la fotosíntesis son los cloroplastos, unas estructuras polimorfas y de color verde (esta coloración es debida a la presencia del pigmento clorofila) propias de las células vegetales. En el interior de estos orgánulos se halla una cámara que contiene un medio interno llamado estroma, que alberga diversos componentes, entre los que cabe destacar enzimas encargadas de la transformación del dióxido de carbono en materia orgánica y unos sáculos aplastados denominados tilacoides o lamelas, cuya membrana contiene pigmentos fotosintéticos. El proceso termina en la transformación del dióxido de carbono en oxígeno, allí se produce el milagro de la naturaleza, pues este oxígeno se libera en la atmósfera y es el aire que respiramos todos los seres vivos del planeta.

La fotosíntesis artificial es un campo de investigación que intenta imitar la fotosíntesis natural de las plantas, con el fin de convertir dióxido de carbono y agua en carbohidratos y en oxígeno, utilizando para ello la luz del Sol.

En la fotosíntesis natural intervienen docenas de enzimas que catalizan varias reacciones individuales, pero todo el proceso puede dividirse conceptualmente en dos fases principales que interactúan mediante moléculas transportadoras de energía: las reacciones luminosas, que dependen de la luz del Sol, y las reacciones oscuras, que pueden ocurrir en ausencia de luz. Estas reacciones tienen mucha importancia tanto desde el punto de vista científico como desde el punto de vista económico, dada su potencial aplicación en la explotación de la energía solar, sin embargo el proceso es tan complejo que aún en un laboratorio es difícil de replicar.

El término fotosíntesis artificial se aplica a aquellos procesos que, inspirados en la fotosíntesis natural, buscan utilizar la energía solar para producir otros tipos de energía que puedan ser aprovechados por el hombre de manera limpia y eficiente, de forma que en un futuro se pueda producir una «planta artificial» que sea capaz de almacenar energía en forma de compuestos orgánicos a partir de óxido carboxílico y aceite. Esto hace que la fotosíntesis artificial sea una tecnología atractiva no sólo desde el punto de vista práctico y económico, sino también desde el punto de vista ecológico, ya que potencialmente podría ayudar a mitigar o revertir algunos de los efectos adversos producidos por el consumo de combustibles fósiles como el calentamiento global.

Las investigaciones en cuanto a fotosíntesis artificial se pueden dividir de acuerdo con la fase de la fotosíntesis natural que buscan replicar: la separación de moléculas de agua para obtener hidrógeno y oxígeno que ocurre en la fase luminosa, y la fijación del bióxido de carbono que ocurre en la fase oscura.

La fase luminosa, como su nombre lo indica, ocurre en presencia de luz solar. Durante esta fase las plantas convierten la energía luminosa – en forma de fotones – en energía química en forma de dos moléculas transportadoras: ATP y NADPH. La energía necesaria para estas reacciones es absorbida por moléculas de pigmento (tales como la clorofila, los carotenos y las ficocianinas) que junto con moléculas transportadoras de electrones forman complejos proteínicos muy especializados denominados fotosistemas, los cuales son alimentados con electrones provenientes de moléculas de agua que son

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