La fotosíntesis
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La fotosíntesis es un proceso complejo, mediante el cuál los seres vivos fotoautótrofos, captan la energía luminosa solar y la transforman en energía química (ATP) y en poder reductor (NADPH); con ellos transforman el agua y el dióxido de carbono en compuestos orgánicos reducidos (glucosa), liberando oxígeno
Este proceso se realiza en los cloroplastos
PIGMENTOS FOTOSINTÉTICOS
Las sustancias que absorben la luz son los pigmentos que se encuentran en las membranas tilacoidales del cloroplasto
Son moléculas que contienen un grupo químico capaz de absorber una longitud de onda particular del espectro visible
Son clorofila a, b y bacterioclorofila, la xantofila y los carotenoides
La molécula de clorofila consta de un anillo que contiene magnesio y cuya función es absorber la luz, y una cadena hidrófoba que mantiene a la clorofila integrada en la membrana fotosintética
Los pigmentos al captar los fotones (energía) pasan a un estado excitado, es decir, han sufrido un cambio en la distribución de los electrones. Cuando los pigmentos vuelven a su estado primitivo, desprenden una cantidad de energía menor que la que absorbieron al excitarse, pero son capaces de excitar a otra molécula
Como hay diversas moléculas pigmentos, las longitudes de ondas captadas son muchas
FASES DE LA FOTOSÍNTESIS
FASE LUMÍNICA
Conjunto de reacciones, dependientes de la luz, que tienen lugar en las membranas tilacoidales. En ella, los electrones liberados se utilizan para reducir NADP+ en NADPH. A través de una cadena transportadora de electrones, la energía se utiliza en la síntesis de ATP
Los pigmentos presentes en los tilacoides se hallan organizados en fotosistemas (conjuntos funcionales formados por más de 200 moléculas de pigmentos, predominando la clorofila)
La luz captada por los fotosistemas, que actúan de antena, es llevada a la clorofila a que forma el centro de reacción, en dónde se transforma en energía química
Hay dos fotosistemas asociados a la clorofila a:
·Fotosistema I (PS I o P700) absorbe longitudes de onda de 700 nm.
·Fotosistema II (PS II o P680) absorbe longitudes de onda de 680nm
La luz es recibida en el PS II por la clorofila P680 que se oxida al liberar un e- que asciende a un nivel superior de energía
Este electrón es recogido por una sustancia aceptora de e-, que se reduce, y desde ésta va pasando a lo largo de una cadena transportadora de e-, hasta el centro de reacción del PS I
En el descenso por la cadena, con oxidación y reducción en cada paso se va liberando energía, que es utilizada para bombear protones de hidrógeno desde el estroma hasta el interior de los tilacoides, generando un gradiente electroquímico de electrones
Los protones H+ vuelven al estroma a través de puentes formados en la membrana por la ATPasa y se originan moléculas de ATP
Para que se forme una molécula de ATP es necesario el paso de 2 electrones del PS II hacia el PSI
El PS I vuelve a ceder e- a una nueva cadena de transporte electrónico al final de la cual se reduce una molécula de NADP+ para formar NADPH
Los electrones liberados por el PS II se sustituyen por electrones liberados al escindirse el agua, por fotolisis, en protones y oxígeno. De este modo se puede mantener el flujo continuo de e-
En el PS I la luz produce el mismo efecto sobre la clorofila a, de modo que algún electrón adquiere el nivel energético superior y abandona la molécula; es recogido por la cadena de transporte electrónico hasta llegar a una molécula de NADP+, que es reducida a NADPH. Los electrones de este fotosistema también son repuestos por la fotolisis de agua
Los dos fotosistemas pueden actuar en serie, proceso conocido como esquema en z, desde el PS II activado al PS I sin activar; y desde el PS I activado hasta el NADP+; por medio de dos cadenas redox
FOTOFOSFORILACIÓN NO CÍCLICA.- los e- realizan un recorrido abierto: esquema en Z. Los electrones siguen un recorrido abierto, desde un donador primario, el agua, hasta un aceptor final, el NADP+; liberándose oxígeno molecular
La fotofosforilación no cíclica produce ATP y poder reductor (NADPH)
FOTOFOSFORILACIÓN CÍCLICA.- la clorofila del centro de reacción del PS I, excitada por la luz, cede e- a la cadena transportadora, y tras recorrerla vuelven de nuevo al centro de reacción, que actúa como donador y aceptor de electrones
La fotofosforilación cíclica solo produce ATP
La mayoría de los procariotas solo tienen un fotosistema, por lo que no producen oxígeno, fotosíntesis anoxigénica
FASE OSCURA.- conjunto de reacciones independientes de la luz, que tienen lugar en el estroma, en las que se aprovecha la energía (ATP) y el poder reductor (NADPH) de la fase lumínica para reducir y asimilar el carbono del dióxido de carbono y así obtener moléculas orgánicas
Este proceso se denomina fijación el CO2 y en la mayoría de los organismos autótrofos tiene lugar mediante un conjunto de reacciones conocidas como ciclo de Calvin. Se produce en tres fases:
·Carboxilativa.- la ribulosa 1,5 difosfato recoge el CO2 formándose un compuesto inestable de 6 carbonos que se divide en dos moléculas de tres carbonos, el ácido 3 fosfoglicérico. Esta reacción está catalizada por la enzima ribulosa-1,5-difosfato carboxilasa, también llamada rubisco
·Reductiva.- reducción ac. 3 fosfoglicérico a gliceraldehido en dos reacciones diferentes: fosforilación y reducción; utilizándose respectivamente ATP y NADPH
·Regenerativa/sintética.- de cada 6 moléculas de gliceraldehído, 5 se utilizan para regenenar la ribulosa 1,5 difosfato , consumiendo 1 molécula de ATP y hacer que el ciclo de Calvin pueda continuar, y una será empleada para poder sintetizar moléculas de glucosa, ácidos grasos o aminoácidos
BALANCE DEL CICLO DE CALVIN.- para obtener una molécula de glucosa a partir del CO2, se gastan 12 moléculas de NADPH y 18 de ATP
Este proceso se realiza en los cloroplastos
PIGMENTOS FOTOSINTÉTICOS
Las sustancias que absorben la luz son los pigmentos que se encuentran en las membranas tilacoidales del cloroplasto
Son moléculas que contienen un grupo químico capaz de absorber una longitud de onda particular del espectro visible
Son clorofila a, b y bacterioclorofila, la xantofila y los carotenoides
La molécula de clorofila consta de un anillo que contiene magnesio y cuya función es absorber la luz, y una cadena hidrófoba que mantiene a la clorofila integrada en la membrana fotosintética
Los pigmentos al captar los fotones (energía) pasan a un estado excitado, es decir, han sufrido un cambio en la distribución de los electrones. Cuando los pigmentos vuelven a su estado primitivo, desprenden una cantidad de energía menor que la que absorbieron al excitarse, pero son capaces de excitar a otra molécula
Como hay diversas moléculas pigmentos, las longitudes de ondas captadas son muchas
FASES DE LA FOTOSÍNTESIS
FASE LUMÍNICA
Conjunto de reacciones, dependientes de la luz, que tienen lugar en las membranas tilacoidales. En ella, los electrones liberados se utilizan para reducir NADP+ en NADPH. A través de una cadena transportadora de electrones, la energía se utiliza en la síntesis de ATP
Los pigmentos presentes en los tilacoides se hallan organizados en fotosistemas (conjuntos funcionales formados por más de 200 moléculas de pigmentos, predominando la clorofila)
La luz captada por los fotosistemas, que actúan de antena, es llevada a la clorofila a que forma el centro de reacción, en dónde se transforma en energía química
Hay dos fotosistemas asociados a la clorofila a:
·Fotosistema I (PS I o P700) absorbe longitudes de onda de 700 nm.
·Fotosistema II (PS II o P680) absorbe longitudes de onda de 680nm
La luz es recibida en el PS II por la clorofila P680 que se oxida al liberar un e- que asciende a un nivel superior de energía
Este electrón es recogido por una sustancia aceptora de e-, que se reduce, y desde ésta va pasando a lo largo de una cadena transportadora de e-, hasta el centro de reacción del PS I
En el descenso por la cadena, con oxidación y reducción en cada paso se va liberando energía, que es utilizada para bombear protones de hidrógeno desde el estroma hasta el interior de los tilacoides, generando un gradiente electroquímico de electrones
Los protones H+ vuelven al estroma a través de puentes formados en la membrana por la ATPasa y se originan moléculas de ATP
Para que se forme una molécula de ATP es necesario el paso de 2 electrones del PS II hacia el PSI
El PS I vuelve a ceder e- a una nueva cadena de transporte electrónico al final de la cual se reduce una molécula de NADP+ para formar NADPH
Los electrones liberados por el PS II se sustituyen por electrones liberados al escindirse el agua, por fotolisis, en protones y oxígeno. De este modo se puede mantener el flujo continuo de e-
En el PS I la luz produce el mismo efecto sobre la clorofila a, de modo que algún electrón adquiere el nivel energético superior y abandona la molécula; es recogido por la cadena de transporte electrónico hasta llegar a una molécula de NADP+, que es reducida a NADPH. Los electrones de este fotosistema también son repuestos por la fotolisis de agua
Los dos fotosistemas pueden actuar en serie, proceso conocido como esquema en z, desde el PS II activado al PS I sin activar; y desde el PS I activado hasta el NADP+; por medio de dos cadenas redox
FOTOFOSFORILACIÓN NO CÍCLICA.- los e- realizan un recorrido abierto: esquema en Z. Los electrones siguen un recorrido abierto, desde un donador primario, el agua, hasta un aceptor final, el NADP+; liberándose oxígeno molecular
La fotofosforilación no cíclica produce ATP y poder reductor (NADPH)
FOTOFOSFORILACIÓN CÍCLICA.- la clorofila del centro de reacción del PS I, excitada por la luz, cede e- a la cadena transportadora, y tras recorrerla vuelven de nuevo al centro de reacción, que actúa como donador y aceptor de electrones
La fotofosforilación cíclica solo produce ATP
La mayoría de los procariotas solo tienen un fotosistema, por lo que no producen oxígeno, fotosíntesis anoxigénica
FASE OSCURA.- conjunto de reacciones independientes de la luz, que tienen lugar en el estroma, en las que se aprovecha la energía (ATP) y el poder reductor (NADPH) de la fase lumínica para reducir y asimilar el carbono del dióxido de carbono y así obtener moléculas orgánicas
Este proceso se denomina fijación el CO2 y en la mayoría de los organismos autótrofos tiene lugar mediante un conjunto de reacciones conocidas como ciclo de Calvin. Se produce en tres fases:
·Carboxilativa.- la ribulosa 1,5 difosfato recoge el CO2 formándose un compuesto inestable de 6 carbonos que se divide en dos moléculas de tres carbonos, el ácido 3 fosfoglicérico. Esta reacción está catalizada por la enzima ribulosa-1,5-difosfato carboxilasa, también llamada rubisco
·Reductiva.- reducción ac. 3 fosfoglicérico a gliceraldehido en dos reacciones diferentes: fosforilación y reducción; utilizándose respectivamente ATP y NADPH
·Regenerativa/sintética.- de cada 6 moléculas de gliceraldehído, 5 se utilizan para regenenar la ribulosa 1,5 difosfato , consumiendo 1 molécula de ATP y hacer que el ciclo de Calvin pueda continuar, y una será empleada para poder sintetizar moléculas de glucosa, ácidos grasos o aminoácidos
BALANCE DEL CICLO DE CALVIN.- para obtener una molécula de glucosa a partir del CO2, se gastan 12 moléculas de NADPH y 18 de ATP