Fotosintesis_Artifical

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FOTOSINTESIS 
ARTIFICAL 
 
Alumna: Vanessa Giselle Valenciano Hernandez. 
Matricula: 1670041 
Aula: 161 
Grupo: 5g1 
 
 
 
La fotosíntesis artificial 
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 
dióxido de carbono que ocurre en la fase oscura. 
Separación de moléculas de agua en la célula (fase luminosa) 
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 deslizadas aparte en moléculas de hidrógeno y oxígeno. 
El proceso que permite obtener hidrógeno y oxígeno a partir de agua recibe el nombre 
de electrólisis del agua, y consiste en aplicar una carga eléctrica con suficiente potencial 
sobre moléculas de agua para separar los átomos que las componen, ya que es una 
reacción que no sucede de manera espontánea. Para realizarla se necesitan cuatro 
componentes, que tienen su correspondencia dentro de las plantas: un cátodo donde 
se concentra el hidrógeno (moléculas de NADP+), un ánodo donde se concentra el 
oxígeno (que se libera al aire), un electrolito o catalizador (los complejos fotosintéticos) 
y una fuente de energía (las moléculas de clorofila que absorben la luz del Sol). 
Aunque la electrólisis es fácilmente replicable en un laboratorio mediante el uso de 
electricidad, el reto consiste en fabricar dispositivos, denominados celdas foto 
electroquímicas, capaces de utilizar la energía solar para mantener la reacción de 
acuerdo con tres criterios: la reacción debe ser eficiente, los materiales empleados en 
su construcción deben ser resistentes a la corrosión provocada por el electrolito y los 
materiales deben acercarse a los límites de potencial REDOX del hidrógeno y el 
oxígeno. Los criterios antes mencionados imponen grandes límites en la selección de 
los materiales empleados para la fabricación del cátodo y el ánodo, así como también 
en la selección del catalizador utilizado. 
El hidrógeno es un producto importante ya que actualmente se utiliza para la producción 
de fertilizantes, para hidrolizar grasas, como un agente reductor de algunos minerales 
y otros procesos industriales, pero también se puede utilizar como combustible de 
manera directa, e incluso podría utilizarse para reemplazar a la gasolina en los 
vehículos de motor. La mayor parte de la producción de hidrógeno en la actualidad se 
realiza a partir de hidrocarburos, y se utiliza en el mismo sitio donde se obtiene pues 
permite sintetizar algunos derivados del petróleo, por lo que usarlo como combustible 
por el momento no resulta tan viable. Los científicos están estudiando el proceso de la 
fotosíntesis puesto que en las reacciones luminosas se produce hidrógeno a partir de 
energía solar y agua de manera muy eficiente. 
Fijación del dióxido de carbono (fase oscura) 
Durante la fase oscura, las plantas ocupan la energía almacenada en moléculas de ATP 
y NADPH producidas durante las reacciones luminosas para sintetizar glucosa a partir 
de dióxido de carbono y agua, y se le llama fase oscura ya que las reacciones pueden 
ocurrir en ausencia de luz, siempre y cuando existan suficientes moléculas de ATP y 
NADPH disponibles. A este conjunto de reacciones también se les conoce con el 
nombre de Ciclo de Calvin-Benson o C3 (carbono 3). 
La fijación del carbono inicia con moléculas de BPRu, un azúcar especial de cinco 
carbonos, cada una de las cuales se combina con una molécula de CO2 de la atmósfera 
para producir dos moléculas de PGAL utilizando energía la almacenada en el ATP y el 
NADPH. De cada doce moléculas de PGAL sintetizadas, sólo cinco se utilizan para 
regenerar el BPRu utilizado al inicio del ciclo, y las dos restantes se ocupan para la 
síntesis de glucosa y otras moléculas orgánicas que la planta necesite. El aspecto más 
importante de este conjunto de reacciones desde el punto de vista científico es 
precisamente que es un proceso cíclico, de forma que los mismos reactivos se pueden 
utilizar una y otra vez, de manera muy eficiente, para almacenar el bióxido de carbono 
absorbido del aire en compuestos orgánicos que pueden ser usados posteriormente, es 
decir, en el equivalente a un combustible. 
Aunque ya existen catalizadores capaces de convertir CO2 en monóxido de 
carbono (CO), su problema es que actualmente son muy ineficientes. Para el diseño de 
nuevos catalizadores, los científicos buscan inspiración en la coenzima 
NADP+/NADPH, la cual se puede ver como un “brazo robótico” que recoge un protón y 
dos electrones del agua durante las reacciones luminosas y los utiliza posteriormente 
durante el ciclo C3 para producir carbohidratos. Lo que hace a esta molécula tan 
particular es que durante la fotosíntesis es reciclable, de forma que la misma molécula 
se puede utilizar varias veces, una característica que aún no se ha podido replicar en 
el laboratorio. 
El objetivo principal de las investigaciones referentes a la fase oscura consiste en poder 
generar una molécula que en presencia de luz solar sea capaz de reactivarse, y al igual 
que con la electrólisis, se pretende entender bien este proceso para poder diseñar 
catalizadores artificiales capaces de producir combustibles a partir de bióxido de 
carbono o alguno de sus derivados en un futuro.