Fotosíntesis1) Generalidades

Sin la fotosíntesis no habría oxígeno en la Tierra; esta es s el único mecanismo

fisiológico capaz de asegurar la renovación del este gas.

Este proceso en llevado a cabo en las pantas terrestres y algas, además de

muchas bacteria que practican la fotosíntesis; el mecanismos de estas es del

mimos tipo de fotosíntesis que los vegetales. Estos son organismo autótrofos es

decir, capaces de sintetizar su propia materia orgánica a partir de la fotosíntesis.

En otras bacterias fotosintéticas la luz les da un impulso energético pero no

liberan oxígeno ni necesariamente fijan de dióxido de carbono. Esto ha llevado a

redefinir la fotosíntesis como una conversón de energía solar en energía química,

dejando en segundo plano los criterios de asimilación de dióxido de carbono y

emisión de oxígeno.

El proceso fotosintético es muy complejo, y se le suele dividir en 3 etapas:

1.-Etapa de radiación, en la cual la maquinaria fotosintética atrapa energía

luminosa.

2.-Una etapa llamada fotoquímica en la cual se obtiene una separación de

cargas o sea las primeras reacciones de oxido-reducción.

3.-Finalmente la etapa bioquímica, en la cual ocurren las reacciones de

transferencia de electrones, y se sintetizan los carbohidratos, y que también

comprende la síntesis de ATP.

¿Dónde tiene lugar la fotosíntesis?Para las plantas y algas, las hojas funcionan como sensores solares, el

mecanismos esencial ocurre en estructuras llamadas cloroplastos repletas de

clorofila, pigmento encargado de la coloración verde de las plantas.

La mayor parte de los pigmentos presentes en la hoja se organizan como una

antena captadora de luz que transfiere la energía a un centro de reacción donde

se inician las transformaciones químicas que conducen al almacenamiento de la

energía captada en enlaces químicos.

Las moléculas de clorofila se

organizan en grupos funcionales de

más de 200 moléculas cada uno que

actúan como antenas captadoras. La

energía captada por las moléculas

de la antena es conducida, por un

proceso puramente físico de

resonancia, hasta un centro de

reacción constituido por una

molécula de clorofila que libera un

electrón.

El electrón una vez liberado inicia un recorrido a través de los transportadores en

el que se produce la liberación de energía.

La clorofila en un pigmento (molécula que

presenta un determinado color porque

absorben un parte del espectro luminoso)

que absorbe longitudes de onda azules y

rojas y de ahí el color verde amarillo, existe

una variedad de clorofila que difieren por los

detalles de su estructura molecular y por sus propiedades de absorción del

espectro. Las clorofilas a y b, y la bactrioclorofila en las bacterias fotosínteticas,

además de estas moléculas también pueden presentar otros pigmentos como

capacidad de absorber luz, estos últimos contribuyen a la absorción de la luz, por

no son indispensables es por ello que son llamados “pigmentos accesorios” por

ejemplo, los carotenos y otras moléculas con colores característicos y definidos.

En la fotosíntesis cooperan dos grupos separados de pigmentos o fotosistemas,

que se encuentran localizados en los tilacoides: el fotosistema I (FSI), asociado a

moléculas de clorofila que absorben a longitudes de ondas largas (700nm) y se

conoce como P700 y el fotosistema II (FSII), que tiene un centro de reacción que

absorbe a una longitud de onda de 680nm (P680). Cada uno de estos

fotosistemas se encuentra asociado a polipéptidos en la membrana tilacoidal y

absorben energía luminosa independientemente.

Fases de la Fotosíntesis

El mecanismo completo de la fotosíntesis se compone de dos partes bien

diferenciadas.

1.- Fase LuminosaComienza con la fase luminosa en la que se produce la síntesis de ATP o

fosforilación a la vez que se genera poder reductor gracias a la formación de

NADPH.

Durante esta fase luminosa tiene lugar la fotólisis del agua que se descompone

según la reacción:

Ocurre en el tilacoide y se produce la transferencia de electrones.

Los electrones son liberados del agua con consumo de energía y transportados

hasta el NADP+. Para que el transporte de electrones “cuesta arriba” sea posible

debe ser excitado por medio de la absorción de energía luminosa, esto ocurre por

medio de dos fotosistemas (complejos proteicos que contienen un gran número de

moléculas de clorofila y de otros pigmentos).

Otro componente de la cadena transportadora es el complejo del citocromo b/f un

agregado de proteína integrales que contiene entre otras cosas dos citocromos

(b536 y f).

La plastoquinasa que funciona como transportador móvil de electrones junto

con otras dos proteínas solubles, la platocianina que contiene cobre y la

ferredoxina.

Al final de la cadena se localiza una enzima que trasfiere los electrones al NADP+.

Como el fotosistema II y el complejo del citocromo b/f ceden los protones de la

protoquionona reducida al lumen(ciclo Q),el trasporte de electrones en la

fotosíntesis produce un gradiente de electroquímico sobre la membrana tilacoide

que es utilizado por una sintetasa de ATP para la producción de ATP.

La reacción lumínica en catalizada por las enzimas de la membrana tilacoidea, los

electrones son transportados a través de una cadena trasportadora de electrones

desde un sistema redox que lo cede al siguiente.

Tanto el ATP como el NADH+H, son necesarios para que se produzca la reacción

oscura.

2.- Fase OscuraOcurre en el estroma, en ella se realiza la fijación de carbono.

En esta fase, el ATP y el NADPH obtenidos en la fase luminosa son consumidos

en un conjunto de reacciones cíclicas, denominadas ciclo de Calvin o ciclo de

reducción de pentosas fosfato (RPP), para producir azúcares a partir del CO2.

El CO2 se incorpora a

carbohidratos en el proceso

fotosintético, esto requiere

energía y poder reductor.

El CO2 se combina con la

ribulosa 1,5 bifosfato (RuBP- es

un azúcar de 5 carbonos),

mediante la acción de la enzima

ribulosa bifosfato carboxilasa-

oxigenasa o rubisco.

El primer producto estable de la

fijación de CO2 es el ácido-3-fosfoglicérico (PGA), un compuesto de 3 carbonos.

En el ciclo se fijan 3 moles de CO2 a 3 moles de ribulosa 1,5 bifosfato, y se forman

6 moles de PGA. La energía del ATP, producido en la luz es utilizada para

fosforilar el PGA y se forman 6 moles de ácido 1,3 difosfoglicérico, que es

reducido luego mediante la acción de 6 NADPH a gliceraldehido-3-fosfato (PGAL).

Dos moles de gliceraldehido-3-fosfato son removidos del ciclo para fabricar

glucosa. El resto de los moles de PGAL se convierten en 3 moles de ribulosa-5-

fosfato, que al reaccionar con 3 ATP, regenera 3 moles de ribulosa 1,5 bifosfato,

que da comienzo al ciclo de nuevo. El gliceraldehido-3-fosfato producido en los

cloroplastos sirve de intermediario en la glucólisis. Una gran parte del PGAL que

permanece en los cloroplastos se transforma en el estroma, en almidón, que es un

carbohidrato de reserva.

Comparación Fotosíntesis - Respiración

Aparentemente son procesos que se hacen exactamente lo contrario, en la

respiración de la células de todos los seres vivos (incluidas las de los vegetales)

consumen oxígeno y glucosa y liberan dióxido de carbono. Sin embargo, en sus

mecanismos, los dos procesos se parecen mucho.

La fotosíntesis (en los cloroplastos) y la respiración (en las mitocondrias)

producen ATP por medio de un mecanismo membranario que implica el

movimiento de electrones y una gradiente transmembranario de protones. Pero

mientras que la fotosíntesis utiliza energía luminosa como materia prima, la

respiración recurre a la energía química suministrada por las moléculas

procedentes de la alimentación.

2) Mapa conceptual

3) Reacciones químicasEcuación General

6CO2 +12 H2O+ Energía lumínica−−−−→C2H12O6+6O2+6 H2O

Fase LuminosaH2O+ NADP++Pi+ADP+Luz −−−−→1/2O2+NADPH++ H++ATP+ H2O

H2O+Fotón−−−−→1/2O2+2H++2e-

Fase Oscura

4) Cuadro comparativo entre fotosíntesis y fosforilación oxidativa

Fotosíntesis Fosforilación OxidativaDependiente de la luz para la fase

luminosaIndependiente de la luz

Los electrones son transportados

desde el agua hasta los coenzimas

oxidado

Los electrones son transportados desde

las coenzimas reducidas hasta el

oxígeno produciendo agua

Se hidroliza agua Se forma agua.

Se libera oxígeno Se consume oxígeno

Se localiza en el estroma de los

cloroplastos.

El proceso tiene lugar en la membrana

interna de la mitocondria.

Se produce oxígeno El oxígeno se gasta.

Es productora Es consumidora

5) ¿Qué es la fotosíntesis artificial?La fotosíntesis artificial es un campo de investigación que intenta imitar la

fotosíntesis natural de las plantas, con el fin de convertir dióxido de carbono y

agua en carbohidratos y en oxígeno, utilizando para ello la luz del Sol.

La clorofila resulta ser de color verde porque absorbe selectivamente las

radiaciones características, del azul y del rojo en el espectro visible. A partir de

esto puede establecerse que el comportamiento de la clorofila es análogo al de un

material semiconductor que absorbe determinadas energías en función a la

magnitud de la banda prohibida.

Se ha buscado la construcción de sistemas artificiales de fotosíntesis donde

generalmente se substituye el pigmento natural por otro colorantes de estructura

semejante pero más fáciles de obtener en el laboratorio, o bien, por

semiconductores inorgánicos. Logrando un fotosíntesis “abiótica”, o sea, n

asociada a un ser vivo, por lo tanto, menos limitada a condiciones de presión,

temperatura o concentración.

Un avance es los “micro-cloroplastos artificiales” que son pequeñísimas

partículas de un material semiconductor dispersadas en un medio acuoso. Estas

partículas son previamente recubiertas en forma parcial con platino, de forma que

en la superficie de al partículas ocurren tanto la reacción de oxidación como de

reducción. Esto equivale a tener una microcelda electrolítica donde cátodo y

ánodo están sostenidos en la misma partícula semiconductora

BibliografíaRuis,M.; Castro-Acuña, C.M. 2006. La Química hacia la conquista del sol. 3

Edición. La ciencia para todos; 10. Pág.74-75

Koolman, J.Rohm.2004.Texto y Atlas.3 Edición. Editorial Médica Panamericana.

Pág. 130-132

Taiz,L.; Zeiger , E.2006. Fisiología Vegetal 3 Edición. Castello de la Plana:

Publicaciones de la Universidad d Jaume. Pag.269-271

Peña; Arroyo; Goméz,Tapia;Gomez.2004.Bioquímica.Segunda Edición. Grupo

Noriego.Pág.235-237

Universidad de Barcelona.Garcia,C. 2008. Fotosíntesis.

http://www.ub.edu/ecologia/Carlos.Gracia/PublicacionesPDF/Fotosíntesis.pdf