Cadena de transporte de electrones en la fotosíntesis: esquema en Z, fotofosforilación y rutas cíclica y no cíclica

Resumen

El documento explica la cadena de transporte de electrones de la fase luminosa de la fotosíntesis, con el esquema en Z que conecta el fotosistema II y el fotosistema I. Describe la lisis del agua, el bombeo de protones y la formación de NADPH, así como la fotofosforilación no cíclica y cíclica que produce ATP.

Puntos clave

La lisis del agua libera protones y oxígeno molecular, y los electrones del agua son recogidos por el fotosistema II (P680).
El bombeo de protones hacia el lumen tilacoidal crea un gradiente electroquímico que impulsa la síntesis de ATP.
En el esquema en Z, los electrones pasan del PS II al PS I a través de transportadores, y el PS I reduce el NADP+ a NADPH.
La fotofosforilación no cíclica produce ATP y NADPH, y depende de la ATP sintasa situada en la cara estromática de la membrana tilacoidal.
En la fotosíntesis cíclica solo interviene el PS I: no se reduce NADP+ ni se rompen moléculas de agua, pero sigue habiendo bombeo de protones y síntesis de ATP.

Ponte a prueba

Transporte de electrones

Los dos fotosistemas son excitados simultáneamente por la luz, pero no están en el mismo nivel de potencial de reducción. El denominado esquema en Z describe este proceso en el que los fotosistemas actúan en serie, y el flujo de electrones ocurre a lo largo de varias moléculas transportadoras. Desde el PS II activado hasta el PS I sin activar, y desde el PS I activado hasta la reducción del NADP+ a NADPH, ocurren dos cadenas redox.

Esquema de la fase luminosa

El agua absorbida por las raíces de la planta llega a los cloroplastos; se rompe su molécula (lisis del agua), liberando protones y oxígeno molecular, que pasa a la atmósfera y tiene capital importancia biológica. Los electrones del agua son recogidos por el fotosistema II (P680). Este complejo (citocromo y transportadores asociados) bombea protones hacia el espacio luminal, que, sumados a los de la lisis del agua, incrementan la acidez del lumen. Así se va generando el gradiente electroquímico que tendrá importantes consecuencias energéticas para la fosforilación. Los electrones pasan del PS II a través de la cadena de transportadores hasta el PS I; este, excitado por la luz, dona electrones que finalmente reducen el NADP+ a NADPH.

Puntos clave de la fase luminosa

Lisis del agua: genera protones y O₂.
Bombeo de protones: aumenta la acidez del lumen y crea el gradiente electroquímico.
Reducción del NADP+: formación de NADPH en el estroma.

Fotosíntesis no cíclica

La disposición de los pigmentos, complejos proteicos, fotosistemas I y II, transportadores de electrones y las enzimas necesarias, como la ATP sintasa, mantienen una disposición espacial concreta en la membrana tilacoidal que hace posible la síntesis de ATP. El mecanismo de síntesis de ATP es prácticamente idéntico al presentado en la mitocondria: depende de la existencia en la cara estromática de la membrana tilacoidal de un complejo enzimático —la ATP sintasa—. El bombeo de protones al interior del tilacoide genera un gradiente electroquímico que crea la fuerza necesaria para la síntesis de ATP. Como la energía procede de la luz, se llama fotofosforilación.

Fotosíntesis cíclica

El proceso se inicia con la absorción de energía por parte del PS I y la transferencia de los electrones. En este caso no se reduce el NADP+ ni se rompen moléculas de agua. Sigue habiendo bombeo de protones y, por tanto, se hará posible la síntesis de ATP.

Preguntas frecuentes

¿Qué es el esquema en Z de la fotosíntesis?

Es la disposición en serie de los dos fotosistemas, en la que los electrones fluyen desde el PS II hasta el PS I a lo largo de varias moléculas transportadoras. Al final se reduce el NADP+ a NADPH.

¿Qué es la fotofosforilación?

Es la síntesis de ATP impulsada por la energía de la luz. Se produce gracias al gradiente electroquímico de protones creado en el tilacoide y a la ATP sintasa.

¿En qué se diferencia la fotosíntesis cíclica de la no cíclica?

En la cíclica solo actúa el PS I, no se reduce NADP+ ni se rompen moléculas de agua. En la no cíclica intervienen ambos fotosistemas, se libera oxígeno y se forma NADPH.