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Unidad 9: Fotosíntesis
Las
primeras
capaces
de
energía
células
utilizar
solar
la
para
transformar
materia
inorgánica
en
orgánica
desarrollaron en la Tierra
hace unos 3000 millones
de años. El proceso de
denomina fotosíntesis y
libera oxígeno como producto. Este elemento se
fue
acumulando
en
la
atmósfera y posibilitó el
desarrollo de individuos
que consumen oxígeno en
el proceso de respiración
aeróbica.
En
la
actualidad,
organismos
del
los
reino
vegetal elaboran, para su
nutrición,
sustancias
orgánicas
propias que
obtienen
a
moléculas
partir
de
inorgánicas
sencillas.
Así,
glucosa,
partiendo
de
dióxido
de
agua
y
obtienen
carbono, utilizando la luz
solar.
La fotosíntesis comenzó hace 3000 millones de años.
Ecuación general de la fotosíntesis
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Unidad 9: Fotosíntesis
La fotosíntesis ocurre en vegetales, algas y cierto tipo de bacterias. Los organismos procariontes autótrofos
realizan el proceso fotosintético en una serie de pliegues de la membrana o laminillas. Analizaremos la
fotosíntesis de los vegetales, haciendo énfasis en las plantas terrestres, en las cuales el fenómeno
transcurre dentro de los cloroplastos que, en su mayor parte, se localizan en las células de las hojas
La fotosíntesis es una vía anabólica en la que el C02 y el H2O se unen para formar C6H12O6 . Este es un
proceso de oxido-reducción o redox, al igual que lo es la respiración celular.
Cuando las moléculas de agua se parten y liberan al 02, son oxidadas, esto es, pierden electrones
junto con iones hidrógeno (H+).
Mientras tanto, el CO se reduce a hidrato de carbono a medida que los
electrones e iones H+ se le adicionan.
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Unidad 9: Fotosíntesis
La energía lumínica necesaria para excitar los pigmentos presentes en la membrana de los tilacoides, es luz
blanca (luz visible). La luz visible es una pequeña parte del espectro electromagnético, que va desde los
rayos gamma a las ondas de radio. Las longitudes de onda visibles corresponden a los colores del arco iris,
entre los 400 nanómetros (magenta) y los 750 nanómetros (rojo).
Etapa fotoquímica: conversión de energía lumínica en química
Las reacciones que dependen de la luz, convierten la energía de la luz solar en energía química contenida
en dos tipos de moléculas transportadoras: una transportadora de energía, el ATP, y otra, transportadora de
electrones, el di nucleótido NADPH.
Las reacciones luminosas ocurren en conjuntos de moléculas llamados fotosistemas. En las membranas de
los tilacoides, la clorofila, las moléculas de pigmentos accesorios y las moléculas transportadoras de
electrones forman complejos muy especializados, llamados fotosistemas. Cada tilacoide contiene cientos de
copias de dos clases diferentes de fotosistemas, llamados fotosistema I y fotosistema II, que constan de dos
partes principales, un complejo de producción de luz y un sistema de transporte de electrones.
El Fotosistema I contiene clorofila del tipo A P 700 y el Fotosistema II contiene clorofila A P 680. Ambas
variantes de clorofila cumplen funciones muy similares.
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Unidad 9: Fotosíntesis
La secuencia de reacciones de la etapa lumínica es la siguiente:
1: La luz se absorbe a través del complejo del fotosistema II, y la energía pasa a la molécula de clorofila A
P680. 2: Esta energía libera electrones de la molécula de clorofila. 3: Los electrones pasan al sistema de
transporte de electrones adyacente. 4: El sistema de transporte pasa los electrones a través del mismo, y
parte de la energía que éstos producen con su movimiento se utiliza para bombear H+ hacia el interior del
tilacoide. El gradiente de H+ posibilita la síntesis de ATP 5: La luz golpea el fotosistema I. 6: Esto provoca
la liberación de electrones por parte de la clorofila A P700. 7: Esos electrones son captados por el sistema
de transporte de electrones del fotosistema I. Los electrones liberados a partir de la clorofila A P700 del
fotosistema I son reemplazados por aquellos que provienen del sistema de transporte del fotosistema II. 8:
Los electrones energéticos del fotosistema I son captados en moléculas de NADP+ 9: Los electrones
cedidos por la clorofila A P680 del fotosistema II son reemplazados por electrones obtenidos a partir de la
ruptura de moléculas de agua. Esta reacción también libera oxígeno.
La producción de ATP durante la etapa lumínica se realiza por un proceso conocido como quimiosmosis:
el primer aceptor de electrones del sistema de transporte de electrones, acepta este electrón energizado.
Los electrones se mueven de un transportador a otro y liberan energía durante el proceso. Algo de esta
energía se utiliza para producir
produce la síntesis de ATP.
un gradiente de iones hidrógeno dentro del tilacoide. Este gradiente
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Unidad 9: Fotosíntesis
Etapa bioquímica : la síntesis de glucosa
El ATP y el NADPH sintetizados
durante las reacciones de la
etapa fotoquímica se disuelven
en el estroma.
Ahí, proporcionan energía que
posibilita la síntesis de glucosa
a partir de dióxido de carbono y
agua. La serie de reacciones
que
finalmente
producen
glucosa, recibe el nombre de
Ciclo de Calvin.
Pueden
ocurrir
en
forma
independiente de la luz, siempre
y cuando el ATP y el NADPH
estén disponibles.
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Unidad 9: Fotosíntesis
El ciclo comienza cuando tres moléculas de CO2 provenientes de la atmósfera se unen a 3 de ribulosa-difosfato (Ru-di-P) presentes en el estroma. Se forman, entonces, 6 moléculas del ácido orgánico de 3
carbonos 3-fosfoglicérico
(3-PGA).
Luego, se reducen 6 moléculas de 3-PGA, ganando los H+ de 6
NADPH y gastando energía de 6 ATP. Como consecuencia, se forman 6 moléculas de fosfo-gliceraldehído
(PGAL). Cinco de ellas permanecerán en el Ciclo, y la restante sale, para producir luego glucosa. Luego,
mediante reacciones que consumen la energía de 3 ATP, se reacomodan los átomos de las cinco moléculas
de 3-PGAL para volver a obtener 3 moléculas de Ru-di-P y reiniciar el Ciclo. Se necesitan dos moléculas
de PGAL para formar una de glucosa.
Relación entre las etapas lumínica y bioquímica
Las reacciones dependientes e independientes de luz están coordinadas. Los sucesos de la etapa
fotoquímica en los tilacoides utilizan energía luminosa para "cargar" las moléculas las transportadoras de
energía ADP y NADP+ para formar ATP y NADPH. En el estroma, la energía, los electrones y los H+ de
estos intermediarios se utilizan para
sintetizar glucosa mediante las reacciones del Ciclo de Calvin. Los transportadores NADP+ y ADP,
obtenidos durante la etapa bioquímica vuelven después a las reacciones lumínicas para restituirse en ATP y
NADPH.
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