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Fijación del CO2: Un Proceso Esencial

La fijación del dióxido de carbono (CO₂) es un proceso fundamental en la fotosíntesis, donde las plantas, algas y algunas bacterias convierten el CO₂ atmosférico en compuestos orgánicos, como azúcares, utilizando la energía de la luz solar. Este proceso es mediado principalmente por la enzima Rubisco (ribulosa-1,5-bisfosfato carboxilasa/oxigenasa), que cataliza la reacción entre el CO₂ y la ribulosa-1,5-bisfosfato (RuBP).

Mecanismos de Fijación del CO2

• Ciclo de Calvin: Este es el principal mecanismo de fijación del CO₂ en las plantas C3, donde el CO₂ se incorpora a la RuBP, formando un compuesto de 6 carbonos que se descompone en dos moléculas de 3-fosfoglicerato (3-PGA).
• Fotosíntesis C4: En plantas C4, como el maíz y la caña de azúcar, el CO₂ se fija inicialmente en un compuesto de 4 carbonos, lo que permite una mayor eficiencia en condiciones de alta temperatura y luz.
• CAM (Metabolismo Ácido Crasuláceo): Este mecanismo, encontrado en plantas como los cactus, permite la fijación del CO₂ durante la noche, reduciendo la pérdida de agua.

Importancia de la Fijación del CO2

La fijación del CO₂ es crucial para el ciclo del carbono y la producción de biomasa. Se estima que la enzima Rubisco media la entrada de aproximadamente 10¹⁴ kg de carbono en la biosfera cada año, aunque su eficiencia es limitada debido a la competencia con el oxígeno, lo que puede llevar a la fotorespiración y la pérdida de carbono fijado.

Mecanismos de Concentración de CO2

Para mejorar la eficiencia de la fijación de CO₂, muchos organismos han desarrollado mecanismos de concentración de CO₂ (CCM). Por ejemplo, las algas eucariotas utilizan un orgánulo llamado pirenoide, que concentra el CO₂ alrededor de Rubisco, aumentando así la tasa de fijación de carbono y reduciendo la fotorespiración.

Modelos y Estrategias de Ingeniería

Investigaciones recientes han desarrollado modelos de reacción-difusión para analizar la eficiencia energética de los CCM en algas como Chlamydomonas reinhardtii. Estos modelos sugieren que la localización adecuada de las anhidras carbónicas puede reducir el ciclo de carbono fútil entre CO₂ y HCO₃⁻, mejorando así el rendimiento del CCM. Además, se están explorando estrategias para transferir estos mecanismos a cultivos terrestres para mejorar su rendimiento y eficiencia en el uso del agua y nitrógeno.

Gráficos y Visualizaciones

Referencias

• Diffusion barriers and adaptive carbon uptake strategies enhance the modeled performance of the algal CO2-concentrating mechanism [2021]
• Biogenesis, engineering and function of membranes in the CO2-fixing pyrenoid [2024]
• Probing efficient microbial CO2 utilization through metabolic and process modeling [2023]