Metabolismo Autótrofo y Reproducción Celular: Fotosíntesis, Quimiosíntesis y División

Metabolismo Autótrofo: Fotosíntesis y Quimiosíntesis

Fotosíntesis

La fotosíntesis es el proceso de obtención de moléculas orgánicas a partir de energía lumínica y de moléculas inorgánicas.

Pigmentos y Fotosistemas

Los pigmentos fotosintéticos captan la energía lumínica. Los más conocidos son las clorofilas (presentes en los vegetales), las bacterioclorofilas y los carotenoides.

Las clorofilas y los demás pigmentos se asocian formando complejos proteicos llamados fotosistemas. Cada fotosistema está formado por dos partes:

• El complejo antena: Predominan los pigmentos. Estos capturan y ceden energía, volviendo rápidamente a su estado original.
• Centro de reacción: Predominan las proteínas sobre los pigmentos. Aquí se encuentra el pigmento diana, el primer aceptor de electrones y el primer donador de electrones.

En los vegetales y en las cianobacterias existen dos tipos de fotosistemas, denominados P680 (II) y P700 (I).

Fotofosforilación Cíclica

Cuando las células vegetales tienen suficiente NADPH pero siguen necesitando ATP, se produce una ruta alternativa en la que el flujo de electrones es cíclico. En esta ruta solo participa el Fotosistema I.

1. Las moléculas antena del Fotosistema I absorben los fotones de luz, cuya energía se transfiere al P700.
2. El P700 cede electrones a la cadena formada por la ferredoxina, etc. La ferredoxina los transfiere al complejo citocromo bf, por lo que no se produce NADPH.
3. Los electrones transferidos al citocromo bf pasan a la plastocianina y de esta al P700.
4. Se origina un potencial electroquímico que proporciona la energía necesaria a la ATP sintasa para la fotofosforilación cíclica.

Quimiosíntesis

La quimiosíntesis es el proceso donde la energía necesaria para llevar a cabo el anabolismo autótrofo procede de procesos de oxidación de moléculas inorgánicas sencillas. La quimiosíntesis la realiza un reducido número de bacterias y consta de dos fases:

1. Se obtiene energía en forma de ATP y coenzimas reducidos, a partir de la oxidación de compuestos inorgánicos sencillos.
2. La energía obtenida en la fase anterior es utilizada para reducir los compuestos inorgánicos, transformándolos en compuestos orgánicos.

Fase Oscura (Ciclo de Calvin)

En esta fase se produce una secuencia cíclica de reacciones en las que el ATP y el NADPH proporcionan la energía necesaria y los protones para la reducción del CO₂. Se incorporan diversas moléculas de CO₂ para la síntesis de glúcidos. Este proceso se produce en el estroma.

Etapas del Ciclo de Calvin

• El CO₂ se condensa con la ribulosa-1,5-bisfosfato. De esta unión se forma un compuesto inestable de seis átomos de carbono que se escinde en dos moléculas de 3-fosfoglicerato. La reacción es catalizada por la Ribulosa-1,5-bisfosfato carboxilasa/oxigenasa (RuBisCO).
• El aumento de pH en el estroma favorece la actividad de esta enzima. En la oscuridad desciende la velocidad con la que actúa y temperaturas elevadas disminuyen su afinidad por el CO₂.
• El 3-fosfoglicerato se reduce a gliceraldehído-3-fosfato mediante el consumo de ATP y NADPH.
• La mayor parte del gliceraldehído-3-fosfato se utiliza para la regeneración de la ribulosa-1,5-bisfosfato, consumiendo ATP. El gliceraldehído-3-fosfato restante se emplea en la síntesis de hexosas como la glucosa.
• El gliceraldehído-3-fosfato puede incorporarse a la glucólisis.
• La sacarosa se sintetiza a partir de la fructosa-1,6-bisfosfato en el citosol y el almidón a partir de la fructosa-6-fosfato en el estroma.

Ecuación Global del Ciclo de Calvin

Ecuación global del ciclo de Calvin:

6 CO₂ + 18 ATP + 12 NADPH + 12 H₂O → Glucosa + 18 ADP + 18 P_i + 12 NADP⁺ + 6H

División Celular

La división celular es el proceso por el cual, a partir de una célula, se obtienen dos células hijas. Estas células hijas contienen una copia exacta de la información genética de la célula madre y la mitad del material citoplasmático de esta.

Importancia Biológica

• En seres unicelulares: La división celular implica la generación de nuevos individuos y la perpetuación de la especie.
• En seres pluricelulares: La división celular hace posible numerosos procesos, como:
  • El desarrollo de un individuo completo a partir de una célula inicial (cigoto).
  • La aparición de distintos tejidos especializados.
  • La reparación y el crecimiento de tejidos.