JENSAYO*
LA BIOCONVERSION
DE
LA ENERGIA SOLAR Y
LA CRISIS ENERGETICA
Y ALIMENTARIA
1
uenidos
Bole in
emen e
xlencia.
J
.648119731."
.
- Mad id
Po Manuel Losada
Fuen es
de ene gia biol6gica
La
ida en la
Tie a
depende
de
un
p oceso bioene ge ico unico,
denominado
o osin esis, que solo
las algas y
plan as
e des son capa-
ces de ealiza .
En
esencia, es e
p oceso consis e en la
cap acion
y
con e sion de la luz sola en ene -
gia elec onica y, subsiguien emen-
e, en ene gia quimica,
0,
dicho
en
o os
e ninos, en la u ilizacion
de la ene gia
luminosa
pa a
la sin-
esis ende g6nica de compues os
ines ables
-ma e ia
o ganica y oxi-
geno
molecula -
a
pa i
de
o os
mas es ables
-agua,
anhid ido ca -
bonico,
ni a o,
sul a o
y os a-
•
BAJO
la ub ica de «Ensayo» el Bole in In o ma i o de la Fundacion Juan
Ma ch publica cada mes
una
colabo acion o iginal y exclusi a de un especialis a
sob e un aspec o del ema gene al que se
abo da
a 10 la go del a io. An e-
io men e ue on
obje o
de es os ensayos emas ela i os a la Ciencia, el Len-
guaje,
el A e, la His o ia y la P ensa. EI e na elegido
pa a
1977
ha sido la
Biologia. .
En Bole ines se han publicado: Con ol elec onico del ce eb o, po Jose
M. Rod iguez Delgado, Di ec o del Depa amen o de Fisiologia de la Uni e si-
dad Au ono na de Mad id; Bioquimica de la nu icion, po F ancisco G ande
Co ian, Di ec o del Ins i u o de In es igacion de Bioqui nica y Nu icion «Don
Juan
Ca los l-Fundacion Cuenca Villo o»; Las on e as de la Ecologia, po
Ramon
Ma gale , P o eso de Ecologia de la Uni e sidad de Ba celona; y
Al e acion del desa ollo ce eb al, po Fede ico Mayo Za agoza, Ca ed a i-
co de Bioquimica y Biologia Molecula de ia Uni e sidad
Au onoma
de Mad id.
MANUEL
LOSADA
VI-
LLASANTE
es ca ed a lco y
je e
del
Depa amen o
de
Bioquimica de la Uni e sidad
de Se illa y del Consejo Su-
pe io
de
In es igaciones
Cien i icas.
T abaje
como
in es igado
du an e
seis
a ios en Alemania, Dlnama -
ca y Es ados Unidos. Sus
campos de ln es igaclen son
p lncipalmen e la o osin esis
y el me abolismo del nl oge-
no no gan co. Es Academico
de la Real de Ciencias.
3
Colección Ensayos.Fundación Juan Ma ch(Mad id)
Colección Ensayos.Fundación Juan Ma ch(Mad id)
J
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ida-
uio-
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i o,
:, a
ido
mi-
mo I
A
l a-
men e especializados
-denominados,
espec i amen e, clo-
oplas os y mi oeond ias-, con obje o de con e i , con
ex ao dina ia e icacia, la ene gia elec omagne ica 0 qui-
mica po encialmen e u ilizable, almacenada en la luz 0 en
los nu ien es quimicos, en ene gia quimica isiologica, es
s610
una
p ueba de la impo ancia undamen al que las
celulas conceden a sus p ocesos ene ge icos.
Po
o o
lade
con iene a iadi que la ene gia sola al-
macenada en los combus ibles 6siles
-que
han enido
igualmen e su o igen en la p oduc i idad o osin e ica de
las plan as du an e los ul imos es mil miIIones de
a ios-
es
am
bien la mas impo an e uen e de ene gia que hoy
dia u iliza la humanidad, si bien insu icien e a plazo no
muy lejano
pa a
las necesidades exponencialmen e e e-
cien es del
mundo
modemo.
Como
discu i emos en el si-
guien e
apa ado,
al i mo ac ual de consumo se p e e que
las ese as exis en es de gas y pe 61eo se ago a an en
las p 6ximas decadas, y las de ca b6n, en un siglo. A es-
a c isis ene ge ica se une
o a
igualmen e g a e, mo i ada
po
la ca encia de alimen os, y mas conc e amen e de
p o einas,
pa a
la nu ici6n su icien e y sana del gene o
humano.
Hoy
po
hoy es, pues, ob io que el homb e depende
casi exclusi amen e de la ene gia sola , ac ual 0 osil, pa a
sa is ace sus acucian es necesidades alimen a ias y ene ge-
icas. Si a es o a iadimos que la ene gia sola es la mas
abundan e, con inua y limpia que poseemos, no cabe duda
que es impo an e, y quizas indispensable, ap ende a u i-
liza la p on amen e de la mane a mas e ec i a y en able,
imi ando en 10 posible el p oceso o osin e ico que con
ex ao dina ia e icacia ealiza la maquina ia clo o iIica,
especialmen e
adap ada
pa a
la o ocon e si6n. Aunque
has a la echa la explo aci6n
po
el homb e de una uen e
de ene gia
an
pode osa como la sola ha sido muy limi-
ada,
las g a es c isis de ene gia y alimen os a que aca-
bamos de hace e e encia
han
p o ocado en la .
.:.yo ia
de los paises a anzados
una
eacci6n muy posi i a, en el
sen ido de es imula al maximo las in es igaciones des ina-
das a un mas amplio y p o undo conocimien o de la o-
osin esis y a un mejo ap o echamien o de la ene gia
sola .
5
Colección Ensayos.Fundación Juan Ma ch(Mad id)
1
Conside aciones bloene ge lcas
El eque imien o ca16 ico del homb e es de unas 2.000
kilocalo ias po dia,
10
que equi ale a medio kilo de azu-
ca . Es e consumo le pe mi e sin e iza del o den de su
p opio peso, es deci , hacia 50 kilos, de adenosin i os a o
o ATP
-la
moneda ene ge ica uni e sal en
Biologia-
pa a sa is ace sus necesidades minimas i ales. En o as
palab as, el consumo ene ge ico que equie e el homb e
pa a simplemen e man ene se i o es equi alen e al de una
bombilla de 100 wa ios, que, como es sabido, emi e una
luz bas an e ue e.
Si conside amos el p oblema a escala mundial, la pobla-
ci6n humana, que es del o den de 4.000 millones de ha-
bi an es, necesi a 4 X
1011
W, es deci , casi medio bill6n
de wa ios,
10
que en o ma de alimen os equi ale a
10
que
suminis a la ag icul u a de odo el globo.
Los mime os an e io es se e ie en al eque imien o
minimo i al, pe o el homb e mode no iene hoy muchas
mas exigencias que las me amen e bio16gicas y no ole a
i i en la na u aleza como un animal mas ni se limi a
a consumi la ene gia que le acili an sus musculos. Con-
c e amen e, en los paises p 6spe os el eque imien o pa a
i i con o ablemen e es 100 eces mayo , y en la media
de los demas paises, del o den de 20 eces. Es deci , el
homb e
delsiglo
XX no consume 10 que
una
bombilla
sino
10
que un mo o de cie a po encia (2 KW). En conse-
cuencia, la poblaci6n humana en su conjun o es a gas an-
do ene gia a un i mo 20 eces supe io (10 billones de
wa ios) de 10 que consume como alimen os. En con apa -
ida, el eino ege al ija 10 eces mas ene gia (es deci
100 billones de wa ios) de la que la humanidad u iliza
pa a cub i sus necesidades alimen a ias y ene ge icas.
Con el capi al de combus ibles 6siles de que dispone-
mos pod ia pensa se que es as ese as ene ge icas son su-
icien es pa a hace en e al consumo de ene gia du an e
1.000 anos. Sin emba go, la ealidad es mucho mas c u-
da. En p ime luga , s6lo el 10
po
100 de las ese -
as son en o ma de pe 6leo y gas na u al, o o 5
po
100
en o ma de acei e de piza as, y el 85 po 100 en o ma
de ca b6n, mucho mas di lcil de explo a .
Po
o o lado,
el consumo ene ge ico aumen a a un i mo anual del' 5 po
6
Ii
11
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Colección Ensayos.Fundación Juan Ma ch(Mad id)
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100, aumen o que, aunque apa en emen e peque io, iene
e ec os amenazan es incluso a un plaza an co o como el
de la ida humana. Se ca1cula que en ein icinco a ios se
ago a an odas las ese as de gas y de pe oleo; en unos
a ios mas, las de acei e de piza as, y al cabo de un
siglo, las de ca bon.
El homb e dispone, sin emba go, de o as uen es de
ene gia.
Po
10 que espec a a la ene gia hid oelec ica,
ep esen a solo el 1
po
100 del consumo global de ene -
gia, mien as que la del ien o
- am
bien de o igen
sola -
queda limi ada casi al uso amilia de los nos algicos mo-
linos. Las unicas uen es de ene gia que no son de o igen
sola son las ma eas, la ene gia geo e nica y la ene gia
nuclea . La ene gia geo e mica, de los o1canes y uen es
e males, es algo meno que la almacenada en los combus-
ibles osiles (hacia el 80 po 1(0), pe o oda ia no sabe-
mos ap o echa la con enien emen e.
La mas p ome edo a es la ene gia nuclea , que, en pa -
e, sabemos ya usa , pe o que cuen a con g a es objec-
ciones econo nicas, sociales y poli icas que se oponen a
su empleo y equie e medidas ex emas de segu idad y con-
ol. Conc e amen e, la ene gia nuclea de ision de a o-
mos pesados, como el u anio y el o io, cons i uye po
el momen o
1/5
de la ene gia sola osil,
10
que no es mu-
cho, pe o puede llega a se 7 eces mayo que es a si
se consigue aumen a el endimien o de los eac o es y dis-
pone de las ese as ma inas de u anio. La solucion de-
ini i a se ia, sin emba go, la ene gia nuclea que suminis-
a
la usion de a omos lige os,
po
ejemplo, deu e io con
deu e io, y equi ald ia a ene un sol en la ie a.
10
Como hemos dicho an es, has a el momen o ha sido
y es el Sol que nos alumb a nues a e dade a uen e de
ene gia, y esul a consolado
pa a
la especie humana sa-
be que puede i i sob e la ie a a expensas exclusi a-
men e de la ene gia sola , si ap ende a usa la e icazmen-
eo
El Sol nos en ia de con inuo, 10 usemos 0 no,
17 W, es deci , casi un illon de wa ios,
10
que equi-
ale a unas 200.000 eces 10 que
aho a
consumimos como
alimen os, a 10.000 eces
10
que gas amos como ene gia
y a 1.000 eces 10 que ija el eino ege al. En o as pa-
lab as, la ene gia que p oceden e del Sol llega a la ie a
es de 1.000 W1m2 en las zonas mas soleadas y equi ale
7
Colección Ensayos.Fundación Juan Ma ch(Mad id)

en dos dias a
odas
las ese as de gas y de pe oleo, y
en s610
una
ho a, al consumo ene ge ico de
un
a io. Si
es a ene gia se ap o echase con
un
endimien o del 10
po
100, a
Espana
Ie
bas a ia
con el 1
po
100 de su supe icie
(es deci , media p o incia)
pa a
hace en e a odas sus
necesidades.
Al ma gen de la explo aci6n de los ecu sos de o igen
ege al el homb e sabe ya usa la ene gia sola no s610 pa-
a el acondicionamien o de i iendas, sino
pa a
el uncio-
namien o de u binas elec icas y
pa a
la lisis del agua en
hid 6geno y oxigeno,
pe o
los endimien os son
bajos
y
cos osos. Todos los in en os
pa a
cap a
y con e i la
ene gia sola de
mane a
e icaz y en able
han
enido has-
a
aho a
poco exi o, Las llamadas «ba e ias sola es» al-
canzan
una
e iciencia del 12 al 15
po
100 y suminis an
un ol aje de
0,6
ol ios. [Pe o no se puede
oda ia
pensa
en cub i los ejados de las casas 0 en el
campo
abie o
con ba e ias de es e ipo, ab icadas
con
silicio al amen e
pu i icado 0 con
o os
ma e iales muy cos osos!
En
esumen, la soluci6n
pa a
el u u o,
pa
desg acia no
lejano, es
una
de dos: 0 los isicos consiguen hace un
sol en la Tie a sin
que
explo emos, 0 los bioene ge is-
as nos ense ian a usa el que enemos.
Como
analiza emos en el p esen e a iculo, el bioene -
ge is a conoce ya de hecho mucho sob e el mecanisme
de la o osin esis
como
p oceso de con e si6n de ene gia,
y sabe que hace la bac e ia, el alga 0 la
plan a
pa a
con-
e i la ene gia sola en ene gia qui mica 0 elec ica, con
una
e icacia admi able. Sus conocimien os son, en cie o
modo,
p e ios
pa a
que el ingenie o
pueda
saca u o
de las posibilidades ecnol6gicas
que
o ece es e ma a illo-
so p oceso.
An eceden es hls o icos
Acaba
de cumpli se el segundo cen ena io del descub i-
mien o de la o osin esis
po
P ies ley. A 10 la go de es os
dos siglos, el concep o de o osin esis
ha
expe imen ado
una
con inua e oluci6n, con en asis
cada
ez mas acusado
en su ca ac e de p oceso de con e sion de ene gia, con-
sis en e en esencia en eacciones de 6xido- educci6n, p o-
8
1
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11
,
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I
1
mo idas
po
la luz y sensibilizadas
po
la clo o ila, des-
inadas a la ab icacion de ene gia quimica isiol6gica, a
sabe , pode educ o
(H
2) y enlaces de os a o icos en
ene gia
(""P).
Du an e mucho iempo se pens6 que la eacci6n cla e
de la o osin esis e a la
o u a
po
la luz ( o olisis) del
anhid ido ca b6nico en
ca bona
y oxigeno molecula , hi-
d a andose a con inuaci6n el ca bona po el agua
-que
de es a mane a pe dia su es ado
liquido-
a hid a o de
ca bono, de acue do con las ecuaciones:
luz
CO
2-C
+ O2
cl.
C+H
20-
(CH
20)
EI de enso mas enaz y quizas ya el ul imo en la his-
o ia de la hip6 esis de la o olisis del di6xido de ca bono
ha
side el genial bioquimico aleman Wa bu g, quien in lui-
do
po
los g andes quimicos de su epoca
-no ablemen e
Wills ae e y on
Baeye -
de endi6 has a su mue e
-ocu-
ida hace pocos
a ios-
que la eacci6n basica de la o o-
sin esis e a p ecisamen e la
o u a
po
un cuan o de luz de
una
molecula de anhid ido ca b6nico p e iamen e ac i a-
da.
Po
azones bioene ge icas, Wa bu g se i6 obligado
a conclui que el sus a o de la o olisis, 0 o oli o, no
e a p opiamen e el di6xido de ca bono en su es ado no -
mal, sino el di6xido de ca bona en un es ado especial-
men e eac i e:
1 h
(C0
2
)"
• C+O2
cl.
La e a mode na de la o osin esis se inicia en
1931
con
los abajos del incisi o mic obiologo Van Niel, quien al
aplica los concep os de la bioquimica compa ada a sus es-
udios con bac e ias o osin e icas lleg6 a la conclusi6n
undamen al de que la eacci6n basica de la o osin esis
9
~
Colección Ensayos.Fundación Juan Ma ch(Mad id)
no e a la o olisis del di6xido de ca bona sino la o olisis
del agua, que en las algas y plan as supe io es esul aba
en la o naci'm de pode educ o , (H2) , y oxigeno mo-
lecula :
luz
H
20
•
(H
2) +
1/2
O2
d.
(H~
ep esen a, mas bien que hid 6geno molecula p opia-
men e, pode educ o unido a coenzimas de oxido- educ-
cion de po encial p 6ximo al del elec odo de hid 6geno
(-0,42
V).
De acue do con Van Niel, an o la educci6n o osin e-
ica del ca bona como la del ni 6geno debe ian ene
luga mas a de, en eacciones oscu as, a expensas del po-
de educ o o iginado en la o olisis del agua.
La hip6 esis de Van Niel ecibi6 a ios mas a de ue e
apoyo expe imen al cuando Hill ob u o unas p epa acio-
nes del clo oplas os que ca alizaban en la luz la educci6n
de sales e icas y o os acep o es de hid 6geno, A, de
acue do con la ecuaci6n gene al:
luz
d.
hoy uni e sal nen e conocida, en su hono , con el nom-
b e de eacci6n de Hill. O a p ueba a a o de la hipo e-
sis de an Niel la consiguie on Ruben y Kamen po los
a ios 40 al demos a , median e el uso de is6 opos, que el
oxigeno que se desp endia en la o osin esis enia su o i-
gen en la molecula de agua y no en la de di6xido de
ca bono.
En consecuencia, el agua, que, a pa i de los expe i-
men os de an Helmon
-segu amen e
los p ime os en la
his o ia de la
Biologia-
empez6 siendolo odo en nu i-
cion ege al, y que du an e siglos qued6 educida a un pa-
pel secunda io en la hid a aci6n del ca bono, ha pasado
inalmen e a se casi odo en el p oceso o osin e ico p o-
10
p
U
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m
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cie
Colección Ensayos.Fundación Juan Ma ch(Mad id)
~
1-
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iI'li;~
~
1
piamen e dicho, en an o que el anhid ido ca bonico, que
llego a se lo odo al comienzo del es udio de la o osin-
esis, ha quedado educido a un me o acep o de hid oge-
no en una eaccion oscu a.
En e ec o, hoy sabemos, g acias undamen almen e a
los abajos de
A non
y su g upo, que las eacciones mas
ca ac e is icas de la uncion elo o ilica 0 o osin esis
-con
las que p ac ica nen e e mina la o oquimica del p oce-
so-
ineluyen no solo la o olisis del agua en pode e-
duc o y oxigeno molecula , sino la o o os o ilacion del
os a o ino ganico
(P)
en os a o o ganico
(NP).
En esen-
cia, es as eacciones consis en, como indica la igu a 1,
en un lujo de elec ones
-sensibilizado
po la elo o ila
y di igido po la
luz-
que se acopla con la o nacion de
ene gia quimica de enlace. Si el lujo de elec ones es deli-
co y anscu e po un ci cui o ce ado, el p oceso impli-
ca un solo o osis ema y esul a unicamen e en la o ma-
cion de enlaces de os a o icos en ene gia, po
10
que se
denomina o o os o ilacion ciclica. En cambio, si el ci cui-
o es abie o, el p oceso implica dos o osis emas y esul-
a, ademas, en la oxidacion del agua
-que
ac ua de dado
de elec ones al comienzo de la cadena de ans
po e-
y en la educcion de un acep o p ima io A, que ac ua
de acep o al inal de la cadena, po
10
que se deno-
mina o o os o ilacion no
ciclica.
Ambos p ocesos pueden
esumi se de acue do con las siguien es ecuaciones:
luz
Pi
~
NP
d.
luz
A + HzO + Pi
~
AH
2 +
1/2
O2 + N P
d.
A non y sus colabo ado es han aislado y ca ac e izado
10
que hoy se conside a el p ime acep o e minal de elec-
ones, A, de la cadena de anspo e. Se a a de una sul-
o e op o eina de bajo peso molecula y po encial simila
al del elec odo de hid ogeno que, de acue do con su un-
cion, se ha denominado e edoxina.
11
Colección Ensayos.Fundación Juan Ma ch(Mad id)
eins ein de luz
oja
es de 42 kcaI., esul a
que
el endi-
mien o del p oceso en si,
con
luz de es a longi ud de on-
da, es del 27
po
100 sob e la base de 10 cuan os (0 del
34 po 100 sob e la base de 8 cuan os). Es e endimien o
se hace aun meno y desciende al 23
po
100 (0 28
po
1(0)
po que
la luz sola iene su mayo iqueza ene ge i-
ca a 575
nm.
En consecuencia, hay
una
pe dida del 77
po
100, con 10 que la e iciencia
baja
del 40
po
100 al
9,2
po
100.
Finalmen e, si se ienen en
cuen a
las pe didas
po
es-
pi aci6n (que alcanzan un 40
po
1(0), el 9,2
po
100 an e-
io se
ans o ma
en el 5,5
po
100 de ini i o del p o-
ceso global. Es e alo se alcanza en condiciones 6p imas
de campo y en pe iodos co os de c ecimien o,
pe o
la
media anual es algo
meno
y depende ambien del ca ac-
e empi
ado
0 opical del clima.
En
esumen, se puede
a i ma
que
la e iciencia eal de la asimilaci6n o osin e i-
ca del di6xido de
ca bono
es del 0,5 al 3
po
100.
El eino ege al, en su
conjun o,
u iliza la adiaci6n
sola
con
una
e iciencia del 0,1
po
100,
pe o
s610 el 0,5
po
100 del
ca bona
ijado o osin e icamen e es ap o e-
chado ag icolamen e y u ilizado como alimen o
po
la po-
blaci6n
humana.
Cad
a a io ijan las plan as 200.000 millo-
nes de oneladas de ca bono, p oceden e del anhid ido
ca b6nico, y desp enden, a
pa i
del agua, la can idad
equi alen e de 600.000 millones de oneladas de oxigeno
molecula . Ap oximadamen e el 90
po
100 de es a gigan-
esca sin esis bioquimica iene luga 'en el
ma
y el 10
po
100 es an e en los con inen es. Del
ca bono
que
ijan las
algas y las plan as,
una
peque ia
pa e
es consumida como
alimen o
po
los animales, y
una
pa e
mucho
mayo
es
espi ada
po
ellas mismas.
La
mayo
pa e, sin emba go,
pasa de nue o a di6xido de
ca bona
po
descomposici6n.
En cie as condiciones clima icas 0 geologicas, la ma e ia
o ganica ijada se acumula y
ans o ma
en
ca b6n,
gas y
pe 61eo.
Cad
a 300 a ios, en ciclos que se epi en inin e-
umpidamen e, y
que
pueden
du a
segundos 0 millones
de anos,
odo
el
anhid ido
ca b6nico a mos e ico y di-
suel o en las aguas se ija
po
medio de la o osin esis y se
enue a
po
espi aci6n y combus i6n, mien as que,
cada
2.000 a ios,
odo
el oxigeno de la
a m6s e a
se libe a y
consume
du an e
los mismos p ocesos.
18
ni
de
m
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ca
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Colección Ensayos.Fundación Juan Ma ch(Mad id)

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as
10
es
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n.
ia
y
e-
es
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se
la
y
,J,
Po
10 que concie ne a la asimilacion o osin e ica del
ni a o,
bas e conside a
po
el
momen a
que la educcion
del ni ogeno ni ico a amoniacal y su inco po acion co-
mo
g upo
a-amino
en aminoacidos equie e 8 + 2 = 10
elec ones (20 cuan os), en e a 4 elec ones (8 cuan-
os) la educcion del
ca bona
del anhid ido ca bonico a
ca bohid a o.
En
consecuencia, si pa imos del
da o
expe-
imen al de que las algas en c ecimien o es aciona io con-
ienen 8
po
100 de ni ogeno y 50
po
100 de ca bono,
podemos
acilmen e calcula que, en es os mic oo ganis-
mos,
una
pa e
del
pode
educ
o
o iginado en la o o-
lisis del
agua
se emplea en educi el ni ogeno y es en
educi el
ca bono.
En
e minos mas amplios, y e i iendonos al
mundo
de
las plan as en gene al, se es ima que el ni ogeno cons i-
uye,
po
e nino medio, el 2
po
100 de su peso seco, 10
que sup one la
inco po acion
o osin e ica
anual
de 10.000
millones de oneladas de es e elemen o.
Un
mejo
conocimien o del mecanismo de la asimila-
cion o osin e ica del
ni a e
y de su egulacion gene ica
y bioquimica puede epe cu i
muy
a o ablemen e en un
inc emen o signi ica i o del endimien o y alo nu i i o
de las cosechas, al
aumen a
la can idad,
p opo cion
y i-
queza
de su
con enido
p o eico. A es e espec o
hay
que
sub aya
que los compues os ni ogenados esul an es de
la asimilacion del
ni a o
-p o einas
y acidos
nucleicos-
son las sus ancias cuali a i a y cuan i a i amen e mas e-
p esen a i as de la
ma e ia
i a y que, en ul imo e mino,
son las plan as, g acias a la ene gia sola , las que ali-
men an
al
mundo
i o.
Todos
los es ue zos que con i-
buyan
al mejo amien o de la alimen acion
humana
-pa
desg acia,
oda ia
de ici a ia en as as zonas de la
Tie a-
son, pues dignos de la mayo a encion y apoyo.
Sis emas qulmlcos de
biocon e s en
Po
las azones
apun adas
al p incipio de es e a iculo,
du an e
los ul imos a ios se ha despe ado g an in e es
en la in es igacion de los sis emas o osin e icos que pue-
den u iliza la o olisis del
agua
pa a
la p oduccion de
combus ible. A es e espec o, me ece la pena que dedi-
quemos unas lineas a
compa a
el sis ema Io osin e ico
19
Colección Ensayos.Fundación Juan Ma ch(Mad id)
1
de educci6n del ni a o a amoniaco, especialmen e es u-
diado en nues o labo a o io, con o os sis emas o osin e-
icos edox eales 0 posibles ( igu a 2).
Pues o que odos los sis emas edox que amos a con-
side a u ilizan e edoxina
-el
p ime acep o de elec o-
nes del o osis ema
1-
como donado p ima io de elec-
ones, bien di ec amen e 0 a a es de los nico inamida-
nuc1e6 idos, se puede calcula , eniendo en cuen a los es-
pec i os po enciales edox y el eque imien o de 2 cuan os
de luz po elec 6n, la ene gia que equie e, en cada caso,
la ans e encia de elec ones, y el endimien o de la eac-
ci6n global.
EI sis ema mas sencillo se ia el que u ilizase la
o o-
educcion de p o ones a hid ogeno molecula , 10 que su-
pone la ans e encia de 2 elec ones (4 cuan os) del pa
H20 /0 2 (E'o'
pH
7,
+0,82
V) al pa H
2/H+
(E'o,
pH
7,
-0,42
V), segun la ecuaci6n:
2H+ + H20 - H2+
1/2
O2+ 2H+
(.6F~.
pH
7, 57 kcal)
La eacci6n equie e, pues, 4 eins eins de luz oja (168
kcal.) po mol de hid 6geno p oducido, y ocu e con un
endimien o e6 ico del 34 po 100, que, si se iene en
cuen a la os o ilaci6n acoplada con el anspo e de elec-
ones,
INPl2e,
asciende al 38
po
100. EI incon enien e
de es e a ac i o sis ema, que ya ha sido ensayado in i-
o, es que equie e la adici6n de enzimas auxilia es y la
eliminaci6n absolu a de oxigeno molecula , p ecisamen e
uno de los p oduc os de la eacci6n.
O o sis ema de eno mes posibilidades se ia el que ea-
lizase la o o educcion de N] a
NH
3 , pe c como el de
o op oducci6n de hid 6geno
s610
ope a en es ic a anae-
obiosis, p esen ando, ademas, eno mes eque imien os
de ATP (15
ATP/N
2) . Aunque las algas e de-azuladas i-
jan o osin e icamen e H2 , pa ece que el p oceso es com-
plicado y equie e la coope aci6n de dos ipos de celulas:
las ege a i as, que ealizan
una
o osin esis no mal, y los
he e ocis os, que eciben de ellas los o osin a os y los
u ilizan como uen e de pode educ o pa a, con el
concu so de
ATP
que ellas mismas o osin e izan, lle a a
cabo la ijaci6n del N2• EI acoplamien o di ec o de la o o-
lisis del agua con la educci6n del N2 o ece, pues, un
in e es ascinan e, pe o quizas di icul ades insal ables:
20
F
-I
-I
+
+1
R
,
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c
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Colección Ensayos.Fundación Juan Ma ch(Mad id)
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Fig. 2
E~pH
7 ( ) H+
~C02
-0,41
H2~-
F:
(
CH20 )
NAD(P)'
N
2y
NH+
4 /I
~
::;I.IH
-O,2~
2
°
+0,2
°2
e
NOj
HP2
NH4
+0,4
+0,6
+0,8
02
..
I
Pa ~ulas
I-
H
20
LUZ
Rep esen aci6n esquema ica de di e sos sis emas o osin e icos edox de biocon-
e si6n. La ope aci6n de cualquie sis ema equie e, p ime o, la o ooxida-
ci6n del
agua
po
las pa iculas o osin e icas y la o o educci6n conco ; an-
e de la e edoxina. La e edoxina puede educi en onces, en la oscu idad, a
a o de g adien e
-sin
el concu so de A
TP-
0 en
con a
de g adien e
-con
el concu so de A
TP
- una a iedad de acep o es e minales de elec ones, a-
les
como
H+,
02'
N2
NAD
(P)+,
CO2,
NO],
SO~-,
e c.
21
Colección Ensayos.Fundación Juan Ma ch(Mad id)
luz • 2NH] +
3/20
z
c.
I
En cuan o hoy sabemos, el unico sis ema biol6gico de
o ocon e si6n que
ope a
en condiciones ae 6bicas y sin
ninguna clase de adi amen os es el cons i uido
po
pa icu-
las de las algas e de-azuladas, que pe mi e la o o educ-
cion del ni a o a amoniaco con agua como educ o , de
acue do con la ecuaci6n global:
NO) +
4H
zO + 2H
+-
NH 4 + 20z + 3H zO
(~F~,
pH
7,
86 kcal.)
Teniendo en cuen a que la ans e encia de 8 elec ones
desde el agua al ni a o
pa a
la educci6n comple a de
es e a amoniaco equie e 16 cuan os (672 kcal.), el endi-
mien o del p oceso esul a se de hacia el 13
po
100, si
no se conside a la os o ilaci6n acoplada, y del 18
po
100
si se
oma
en conside aci6n la sin esis concomi an e de
41"1JP.
EI amoniaco, apa e de su ex ao dina io in e es qui-
mico y bioquimico, es un excelen e y pode oso combus i-
ble, y como al se emplea en la p opulsi6n de cohe es.
Po
el oxigeno se oxida bien a ni 6geno molecula 0 a ni a-
o, de acue do con las siguien es eacciones simpli icadas,
muy exe g6nicas:
NH] +
3/40
z-1I2
N, +
3/2HzO
(~F~,
pH
7,
-76
kcal)
NH] + 20
z-N0
3H
+ HzO
(~F~,
pH
7,
-86
kcal.)
Po o o lado, el amoniaco puede conside a se como una
uen e anspo able de hid 6geno, ya que en su o ma
liquida p opo ciona mas hid 6geno del que pudie a com-
p imi se en el mismo olumen, segun indica la eacci6n
de descomposici6n, debilmen e ende g6nica:
2NH
3-H
z + 3H z
(AF~,
pH
7, 19 kcal.)
Po
ello puede u iliza se en sople es oxhid icos
pa a
la
soldadu a de me ales, acoplando su descomposici6n, segun
la eacci6n an e io , con la combus i6n del hid 6geno,
ue emen e exe g6nica.
Pa a
e mina amos a e e i nos a un sis ema que pue-
de se el mas id6neo
po
su simplicidad y eque imien os,
22
T-
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I
I,
J
J
a sabe , el de o o educcion del ox geno molecula a pe-
oxido de hid ogeno, Como es bien sabido, el apa a o o-
osin e ico de algas y plan as ca aliza de hecho es a eac-
ci6n, acopl'aidola con la o olisis del agua:
O
2 + H
20
-
HP2
+ 11202
(LW~,
pH 7, 24 kcal.)
Teniendo en cuen a que la ans e encia de 2 elec ones
desde el agua al oxigeno
pa a
educi lo a pe 6xido de
hid 6geno equie e 4 cuan os (168 kcal.) , el endimien o
de la eacci6n global es del 14 po 100, si no se conside a
la os o ilaci6n acoplada, y del 18 po 100, si se iene es a
en cuen a. El pe 6xido de hid 6geno, como el amonico,
es un combus ible de calidad. Al ac ua simul aneamen e
como educ o y oxidan e, eacciona consigo mismo, des-
componiendose en agua y oxigeno, segun la siguien e eac-
ci6n exe g6nica:
H2
0 2 +
HP2-2Hp
+O2
(LW~,
pH 7, ---48 kcal.)
De acue do con 10 que an ecede cabe imagina un sis e-
ma o osin e ico que ealizase la con e si6n de la ene gia
sola en agua oxigenada, y, pe mi iese, a con inuaci6n,
dispone de la ene gia que libe a es e combus ible al des
compone se, ce ando un cielo de ex ao dina ia sencillez
y limpieza, que s6lo implica ia la abso ci6n y eliminaci6n
de oxigeno.
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