La fotosíntesis es el proceso utilizado por los organismos autotróficos para producir energía.
Se divide en dos grupos de reacciones: reacciones lumínicas y reacciones oscuras.
Reacciones Lumínicas
En las reacciones lumínicas, la luz solar es absorbida por la clorofila a y los pigmentos accesorios (como clorofila b y carotenoides) en los fotosistemas.
Los fotosistemas están localizados en las membranas de los tilacoides en los cloroplastos.
Los fotosistemas consisten en complejos recolectores de luz (pigmentos unidos a proteínas) que rodean un complejo central de reacción.
Estos complejos transfieren la energía de los fotones (partículas de luz) al centro de reacción.
Tipos de Fotosistemas
Hay dos tipos de fotosistemas:
Fotosistema I (PSI)
Fotosistema II (PSII)
Ambos tipos contienen muchos pigmentos que ayudan a recolectar energía de la luz solar (fotones) y un par especial de clorofila en el centro de reacción:
El par especial del PSII se llama P680.
El par especial del PSI se llama P700.
Estructura de Fotosistemas
Fotosistema II (PSII):
Captura luz a través de la energía absorbida por múltiples pigmentos.
La energía se transfiere a P680, lo que impulsa un electrón a un nivel de energía alto.
El electrón pasa a una molécula aceptadora y es reemplazado por un electrón vecino del agua, mediante fotólisis que libera O2.
Produce ATP y NADPH.
Proceso de Fotofosforilación
En la fotofosforilación
Requiere que se absorba luz dos veces, una vez en cada fotosistema para crear ATP a partir de ADP.
Se utiliza energía de la luz (foto) para crear ATP (fosforilación).
Síntesis de ATP y NADPH
Absorción de Luz en PSII
Cuando un pigmento absorbe luz, la energía se transfiere hacia P680.
El electrón impulsado a alta energía se transfiere a una molécula aceptadora, y la separación de agua libera O2.
La energía del electrón impulsa el bombeo de iones H+ hacia el interior de los tilacoides, creando un gradiente, con el que se forma ATP durante quimiosmosis.
Formación de NADPH
Este electrón pasa a través de una segunda cadena de transporte de electrones y se incorpora al NADP+ para formar NADPH.
El efecto neto es convertir energía luminosa en energía química bajo la forma de ATP y NADPH, que se utilizarán para formar azúcares en el Ciclo de Calvin.
Fotofosforilación Cíclica
Los electrones pueden seguir un camino cíclico, produciendo solamente ATP y no NADPH. Esto es ventajoso cuando hay una alta necesidad de ATP o cuando la proporción entre NADPH y NADP+ es muy alta.
Ciclo de Calvin
El CO2 entra a las hojas a través de los estomas y se difunde hacia el estroma del cloroplasto, donde ocurren las reacciones del ciclo de Calvin, las cuales son independientes de la luz.
Etapas del Ciclo de Calvin
Fijación de Carbono:
Un CO2 se combina con ribulosa-1,5-bifosfato (RuBP), produciendo un compuesto de seis carbonos que se divide en dos moléculas de ácido 3-fosfoglicérico (3-PGA).
Catalizado por RuBisCO.
Reducción:
ATP y NADPH convierten 3-PGA en gliceraldehído-3-fosfato (G3P); esta etapa requiere que NADPH done electrones.
Regeneración:
Algunas moléculas de G3P se convierten en glucosa; otras son recicladas para regenerar RuBP, usando ATP.
Para que un G3P salga del ciclo, se requieren 3 moléculas de CO2, formando 6 G3P.
Consideraciones en el Ciclo
Para producir un G3P se necesitan 6 vueltas del ciclo, 18 ATP y 12 NADPH para revertir a una molécula de glucosa.
Fotorrespiración
La RuBisCO puede usar CO2 o O2; esto se ve afectado por la concentración de estos gases y la temperatura.
La fotorrespiración es un camino metabólico ineficiente que ocurre cuando RuBisCO actúa sobre O2, disminuyendo la eficiencia del ciclo de Calvin.
Adaptaciones a la Fotorrespiración
Plantas C4:
Separan la fijación de CO2 y el ciclo de Calvin en diferentes tipos de células, utilizando PEP carboxilasa.
Plantas CAM:
Separan en tiempo, fijando CO2 por la noche y llevando a cabo la fotosíntesis durante el día de manera eficiente.
Comparaciones entre Plantas C3, C4 y CAM
Plantas C3 (85% de especies):
Usan directamente el CO2, común en ambientes frescos.
Plantas C4:
Separación espacial entre fijación de CO2 y el ciclo de Calvin, comunes en climas cálidos.
Plantas CAM:
Separación temporal, con fijación nocturna de CO2, adaptadas a climas áridos.
Comparación de Fosforilación
Fotosíntesis vs Respiración
Localización:
Fotofosforilación en la membrana del tilacoide.
Fosforilación (respiración celular) en la membrana interna de la mitocondria.
Los citocromos y el flujo de electrones juegan papeles similares en ambas rutas, impulsando la producción de ATP mediante gradientes de protones.
Sin embargo, las fuentes de electrones y los mecanismos de generación de energía y productos finales son diferentes en cada proceso.
Resumen
La fotosíntesis implica varias rutas y adaptaciones en plantas que optimizan la producción energética y la fijación de CO2, influenciadas por el ambiente y la disponibilidad de agua, destacando la importancia de la fotosíntesis para la vida en la Tierra.