Integracion Fotosintetica

3. ETAPAS DE LA FOTOSINTESIS: Las plantas verdes y algunas bacterias son capaces de obtener directamente la energía de la luz. Almacenan esa energía en forma de ATP y la emplean inmediatamente después para sintetizar sustancias orgánicas a partir de inorgánicas. Así, denominamos fotosíntesis al proceso biológico por el cual se transforma la energía luminosa en energía química (bioquímica) y la materia inorgánica (CO2 y H2O) en orgánica.

En el desarrollo de este proceso intervienen el CO2 y el H2O como sustratos, la luz solar como fuente de energía, la clorofila como pigmento que capta las radiaciones luminosas, y distintas enzimas y moléculas que participan en los procesos de óxido-reducción.

Ya estudiamos en el tema 8 que los plastos son unos orgánulos característicos de las células vegetales. De ellos los más importantes son los cloroplastos, que contienen clorofila y son el asiento de la fotosíntesis. Las clorofilas son pigmentos de color verde localizados en los grana de los cloroplastos.

Existen varios tipos de clorofilas, pero en todas ellas la estructura es parecida: presentan un núcleo formado por cuatro grupos pirrólicos en cuyo centro hay un Mg2+. Este núcleo tetrapirrólico se une a varias cadenas cortas, una de las cuales se combina con un alcohol de cadena larga: el fitol.

El proceso de fotosíntesis que hemos enunciado se desarrolla en dos fases que, según requieran o no la presencia de luz, denominamos respectivamente fase luminosa o lumínica y fase oscura. En la primera se transformará la energía luminosa en energía química, mientras que en la segunda se llevará a cabo la fijación o asimilación de CO2.

En cloroplastos aislados por centrifugación y fragmentados posteriormente, los estudios de PARK pusieron de manifiesto que las reacciones que deben producirse en presencia de luz se desarrollan en las membranas de las lamelas. Las reacciones de la fase oscura se realizan en el medio acuoso del estroma, donde se encuentra más del 95 % de la enzima fijadora de CO2.

a) Fase luminosa de la fotosíntesis

Tiene lugar en las membranas de los tilacoides. En esta fase se produce la transformación de energía lumínica en energía química, y como consecuencia:

1) Se sintetiza ATP (poder energético) a partir de ADP y Pi (fosfato inorgánico).

2) Se obtiene NADPH (poder reductor) por reducción de NADP (nicotín-adenín-dinucleótido-fosfato).

Las moléculas de ATP (poder energético) y de NADPH (poder reductor), serán utilizadas en la fase oscura como fuentes energéticas.

*Reacciones de fotosensibilización. La energía solar incide sobre el aparato fotosintético en forma de fotones de luz. Éstos allí encuentran moléculas (pigmentos) capaces de aceptarlos: la clorofila se excita por la luz que incide.

La energía del fotón viene dada por su λ: a λ más larga el fotón será menos energético. Los pigmentos de clorofila absorben en azul y en rojo (el azul, con λ• 400 nm es el más energético).

En el aparato fotosintético hay 2 tipos de transmisión de energía entre los pigmentos:

-Entre los accesorios o recolectores de luz: sólo se transfiere energía, y no carga eléctrica.

-A los primarios o centros primarios de reacción (clorofilas): se transmite carga y energía.

Los pigmentos están ordenados y la energía se transmite de unos a otros (perdiéndose parte en esa transmisión) hasta que llega a uno de los centros primarios de reacción.

*Actuación de los centros primarios de reacción. Se llaman también antenas cloroplastidiales.

En plantas superiores y algas existen 2: fotosistema I y fotosistema II.

En bacterias sólo existe fotosistema I.

Presentan un gran sistema pigmentario: 250-400 moléculas de pigmento que actúan todas como recolectores de luz. Y tienen un pigmento clave que es el llamado centro primario de reacción.

En el fotosistema I el centro primario es el pigmento P700 (con un máximo de absorción a λ= 700 nm).

En el fotosistema II es el P680.

Por incidencia de fotones de luz, el electrón se excita y pasa a una molécula con potencial rédox más electronegativo (es decir, el fotón excita un electrón de la molécula clorofílica, le comunica su energía y lo eleva a un nivel energético superior). Pero esa situación del electrón es inestable, por lo que pasa espontáneamente a sucesivas moléculas con potencial rédox menos electronegativo (y al caer los electrones a un nivel energético inferior desprenden energía que es aprovechada para obtener enlaces de alta energía en forma de ATP). Así sucede con los dos fotosistemas, tal y como esquematizamos a continuación (el donador inicial de electrones es el agua,

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