Fotosíntesis y respiración celular: dos procesos complementarios

Esta lección es parte de Temario de Biología de Undécimo año Lección 9 de 20

Por Andrea del Carmen actualizado el 26 de octubre de 2026 11 min de lectura

Cada vez que respiras usas oxígeno que liberó alguna planta, alga o cianobacteria al hacer fotosíntesis, y exhalas dióxido de carbono que una planta puede volver a usar. Dos procesos que ocurren dentro de células microscópicas mueven la energía y el carbono de todo el planeta: la fotosíntesis y la respiración celular.

En esta lección vas a interpretar sus ecuaciones, distinguir la respiración aerobia de la anaerobia, entender la fermentación de las levaduras, relacionar estos procesos con los autótrofos, los heterótrofos y la productividad de los ecosistemas, y explicar por qué son procesos opuestos y, a la vez, complementarios.

Definición

La fotosíntesis es el proceso con el que plantas, algas y cianobacterias usan la energía de la luz para fabricar azúcares a partir de dióxido de carbono y agua, y liberan oxígeno. La respiración celular es el proceso con el que las células degradan los azúcares y otras moléculas orgánicas para obtener energía utilizable en forma de ATP.

La fotosíntesis y su ecuación#

La fotosíntesis la realizan los organismos autótrofos fotosintéticos. En las plantas y las algas ocurre dentro de los cloroplastos, que contienen clorofila, el pigmento verde que absorbe la luz. Su ecuación general es:

Fórmula

6 CO₂ + 6 H₂O + energía luminosa → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂

Seis moléculas de dióxido de carbono y seis de agua, con la energía de la luz, forman una molécula de glucosa y seis de oxígeno. La NASA la resume como CO₂ + H₂O + energía → CH₂O + O₂, donde CH₂O representa la materia orgánica.

Las dos etapas de la fotosíntesis#

Etapa luminosa (en las membranas internas del cloroplasto, los tilacoides): la clorofila capta la luz, las moléculas de agua se rompen y se libera oxígeno. La energía queda guardada en dos moléculas transportadoras: el ATP y el NADPH.
Ciclo de Calvin (en el líquido interno del cloroplasto, el estroma): con la energía del ATP y el NADPH, las enzimas fijan el CO₂ del aire y forman azúcares. Se le llama a veces «fase oscura» porque no usa luz directamente, pero depende de los productos de la etapa luminosa.

El oxígeno que liberan las plantas proviene del agua, no del dióxido de carbono. Con los azúcares que fabrican, las plantas obtienen energía, construyen celulosa para sus paredes, guardan almidón y, junto con el nitrógeno, el fósforo y el azufre que toman del suelo, forman proteínas y ácidos nucleicos. Así se mantienen, crecen y se reproducen: esa materia orgánica nueva es su biomasa.

Para observar la liberación de oxígeno, se puede colocar una rama de una planta acuática en agua bajo una lámpara: aparecen burbujas de oxígeno en las hojas. Si se acerca o se aleja la lámpara y se cuentan las burbujas por minuto, se puede comparar la rapidez de la fotosíntesis con distinta intensidad de luz.

La respiración celular aerobia#

Fórmula

C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O + energía (ATP y calor)

Es la ecuación de la fotosíntesis leída al revés: la glucosa se oxida con oxígeno y se libera la energía que contenía.

La respiración aerobia ocurre en tres etapas. En la glucólisis, en el citoplasma, la glucosa se parte en dos moléculas más pequeñas y se obtiene un poco de ATP. Después, dentro de las mitocondrias, el ciclo de Krebs termina de desarmar esas moléculas y libera CO₂, y la cadena respiratoria, formada por proteínas como los citocromos, usa el oxígeno, forma agua y produce la mayor parte del ATP. Cada paso lo controla una enzima.

Las mitocondrias generan la mayor parte de la energía química de la célula, que queda almacenada en el ATP. Por eso los tejidos que gastan mucha energía, como el músculo, tienen gran cantidad de mitocondrias.

Un error común es pensar que las plantas solo hacen fotosíntesis. Las plantas también respiran, de día y de noche, igual que los animales, los hongos y muchas bacterias. Durante el día, con buena luz, fabrican más azúcar del que consumen; de noche solo respiran.

Respiración anaerobia y fermentación#

Cuando falta oxígeno, algunas células siguen obteniendo energía solo con la glucólisis y luego transforman el producto en otra sustancia: eso es la fermentación. Además, algunas bacterias hacen respiración anaerobia en sentido estricto: usan sustancias como el nitrato o el sulfato en lugar del oxígeno. Las verás en los ciclos del nitrógeno y del azufre.

Tipo	Quién la hace	Ecuación simplificada	En la vida diaria
Fermentación láctica	Células musculares y glóbulos rojos; algunas bacterias	C₆H₁₂O₆ → 2 C₃H₆O₃ (ácido láctico)	Ejercicio muy intenso; elaboración de yogur
Fermentación alcohólica	Levaduras	C₆H₁₂O₆ → 2 C₂H₅OH + 2 CO₂	El CO₂ hace que la masa del pan suba

Según MedlinePlus, el lactato se produce principalmente en los músculos y en los glóbulos rojos al descomponer el alimento para obtener energía: si las células no reciben suficiente oxígeno, usan un proceso que no lo necesita, y es normal que el lactato aumente brevemente durante el ejercicio intenso.

La fermentación rinde mucho menos energía que la respiración aerobia, porque la mayor parte de la energía de la glucosa queda guardada en el producto final; el etanol, por ejemplo, todavía puede arder como combustible. Por eso la respiración aerobia produce muchas veces más ATP por cada molécula de glucosa.

Ejemplo. En tres botellas se pone agua tibia: la A lleva levadura y azúcar; la B, solo levadura; la C, solo azúcar. Sobre cada boca se coloca un globo desinflado. ¿Qué pasará y para qué sirven las botellas B y C?

Solución. Solo se inflará el globo de la botella A: las levaduras fermentan el azúcar y liberan CO₂. La B muestra que la levadura sin azúcar no tiene qué fermentar, y la C, que el azúcar no produce gas sin levadura; son los controles del experimento. Para comprobar que el gas es CO₂, puede burbujearse en agua de cal, que se enturbia al formarse carbonato de calcio.

Autótrofos, heterótrofos y productividad#

Los autótrofos fabrican su materia orgánica a partir de sustancias inorgánicas. Los heterótrofos (animales, hongos y la mayoría de las bacterias) la obtienen al alimentarse de otros seres vivos o de sus restos. Pero los heterótrofos no viven solo de carbohidratos: también necesitamos proteínas, cuyos aminoácidos contienen nitrógeno y algunos de los cuales nuestro cuerpo no puede fabricar; además, grasas, vitaminas, minerales y agua. Las plantas sí fabrican sus aminoácidos con los azúcares de la fotosíntesis y el nitrógeno y el azufre del suelo; los animales dependemos de ellas, directa o indirectamente.

La productividad primaria bruta (PPB) es toda la energía o el carbono que fijan los productores por fotosíntesis en un área y un tiempo. Como los productores gastan una parte en su propia respiración, lo que queda como biomasa nueva es la productividad primaria neta (PPN). La NASA la mide desde satélites como el dióxido de carbono que la vegetación toma en la fotosíntesis menos el que libera en la respiración. La PPN es el alimento disponible para los herbívoros y los desintegradores. La productividad secundaria es la biomasa nueva que forman los heterótrofos con lo que comen.

Fórmula

PPN = PPB − R

R es lo que los productores gastan en su propia respiración.

Ejemplo. Supón que en un año las plantas de un potrero fijan 1.200 g de carbono por metro cuadrado (PPB) y gastan 500 g en su respiración. El ganado se come 280 g de lo producido y convierte en biomasa nueva el 10 % de lo que come. Calcula la PPN, la fracción de la PPN que come el ganado y su productividad secundaria.

Solución. PPN = 1.200 − 500 = 700 g de carbono por m². El ganado come 280 ÷ 700 = 0,4, es decir, el 40 % de la PPN; el resto lo aprovechan otros consumidores y los desintegradores. Su productividad secundaria es 280 × 0,10 = 28 g de carbono por m²: el resto de lo que come sale en las heces o se gasta en respirar, moverse y mantener su temperatura.

Dos procesos opuestos y complementarios#

Característica	Fotosíntesis	Respiración celular aerobia
Quién la realiza	Plantas, algas y cianobacterias	Plantas, algas, animales, hongos y muchos microorganismos
Dónde (en eucariotas)	Cloroplastos	Citoplasma y mitocondrias
Qué entra	CO₂, agua y luz	Glucosa y O₂
Qué sale	Glucosa y O₂	CO₂, agua y energía (ATP y calor)
La energía	Transforma la luz en energía química y la almacena	Libera la energía química y la deja disponible como ATP
Cuándo ocurre	Solo con luz	Todo el tiempo
En el ciclo del carbono	Fija CO₂ del aire	Devuelve CO₂ al aire

Son opuestos porque uno arma lo que el otro desarma, y complementarios porque los productos de uno son los reactivos del otro. Juntos hacen circular el carbono y el oxígeno entre el aire y los seres vivos. La materia da vueltas, pero la energía no: entra como luz, pasa a los azúcares, de ahí al ATP y termina como calor. Por eso los ecosistemas necesitan recibir luz solar sin parar. Puedes repasar los detalles de la etapa luminosa en la lección sobre el proceso de fotosíntesis.

Ejemplo. Con masas atómicas redondeadas (C = 12, H = 1, O = 16), ¿cuántos gramos de CO₂ y de agua se necesitan para fabricar 180 g de glucosa, y cuántos gramos de oxígeno se liberan?

Solución. La glucosa pesa 6 × 12 + 12 × 1 + 6 × 16 = 180 g por mol, así que 180 g son 1 mol. Según la ecuación, hacen falta 6 mol de CO₂ (6 × 44 = 264 g) y 6 mol de agua (6 × 18 = 108 g), y se liberan 6 mol de O₂ (6 × 32 = 192 g). La masa se conserva: 264 + 108 = 372 g de reactivos y 180 + 192 = 372 g de productos. En la respiración ocurre lo contrario: al degradar 180 g de glucosa se consumen 192 g de oxígeno y se liberan 264 g de CO₂.

Ponte a prueba#

¿Por qué se dice que la fotosíntesis y la respiración celular son procesos opuestos y complementarios?#

Son opuestos porque la fotosíntesis usa dióxido de carbono, agua y luz para fabricar glucosa y liberar oxígeno, mientras que la respiración consume glucosa y oxígeno y devuelve dióxido de carbono, agua y energía. Son complementarios porque los productos de uno son los reactivos del otro: así el carbono y el oxígeno circulan sin cesar entre la atmósfera y los seres vivos, mientras la energía solar fluye a través de ellos.

¿Respiran las plantas o solo hacen fotosíntesis?#

Las plantas también respiran, de día y de noche, porque sus células necesitan ATP para vivir, igual que las de los animales. Durante el día, si hay suficiente luz, la fotosíntesis fija más dióxido de carbono del que la respiración libera, así que en conjunto la planta toma CO2 del aire. De noche no hay fotosíntesis y la planta solo respira: consume oxígeno y libera dióxido de carbono.

¿Por qué se infla un globo colocado sobre una botella con levadura, azúcar y agua tibia?#

Porque las levaduras realizan fermentación alcohólica: degradan el azúcar sin usar oxígeno para obtener energía y producen etanol y dióxido de carbono. El CO2 es un gas que se acumula en la botella y llena el globo. Si la botella no tiene azúcar o no tiene levadura, el globo no se infla, lo que demuestra que el gas lo produce la levadura al fermentar el azúcar. Por la misma razón sube la masa del pan.

¿Por qué los músculos producen lactato durante un ejercicio muy intenso?#

Porque durante un esfuerzo muy intenso las células musculares pueden no recibir todo el oxígeno que necesitan para la respiración aerobia. Entonces obtienen energía de la glucosa con un proceso que no necesita oxígeno, la fermentación láctica, que produce lactato. Según MedlinePlus, es normal que el lactato aumente brevemente al hacer ejercicio o trabajo físico pesado. Este proceso da mucho menos ATP por glucosa que la respiración aerobia.

¿Qué diferencia hay entre la productividad primaria bruta y la neta?#

La productividad primaria bruta es toda la energía o el carbono que los productores fijan por fotosíntesis en un área durante un tiempo. La neta es lo que queda después de restar lo que los propios productores gastan en su respiración. La neta es la que importa para el resto del ecosistema, porque es la biomasa nueva que queda disponible como alimento para los herbívoros y los desintegradores.