Fotosistemas: Estructura y Función en la Fotosíntesis
Un fotosistema es una estructura organizada de moléculas fotosintéticas, fundamental para la captación de energía lumínica en la fotosíntesis. Su organización ordenada depende de la membrana tilacoidal. Estas membranas contienen sistemas altamente organizados de proteínas, clorofila y moléculas de pigmentos accesorios, como los carotenoides. A estos sistemas se les denomina fotosistemas.
Cada tilacoide contiene miles de copias de dos tipos de fotosistemas: el fotosistema I (FS I) y el fotosistema II (FS II). Ambos se activan con la luz y funcionan simultáneamente. Cada fotosistema contiene entre 250 y 400 moléculas de clorofila y carotenoides.
El Centro de Reacción
Los pigmentos mencionados absorben la luz y transfieren su energía a un par específico de moléculas de clorofila a, ubicadas en una región clave del fotosistema: el centro de reacción.
Cadena de Transporte de Electrones y Síntesis de ATP
Una cadena transportadora de electrones es una serie de moléculas portadoras de electrones incrustadas en las membranas tilacoideas. Cuando las moléculas de clorofila a del centro de reacción reciben energía de las moléculas carotenoides cercanas, un electrón de cada una de las dos clorofilas del centro de reacción absorbe la energía.
Estos electrones energizados (de alta energía) abandonan las moléculas de clorofila a y saltan a la cadena transportadora de electrones. A medida que los electrones se transfieren de una molécula portadora a la siguiente, liberan energía gradualmente.
En puntos específicos de la cadena, la energía liberada por los electrones se utiliza para:
- Sintetizar ATP a partir de ADP y fosfato.
- Sintetizar NADPH a partir de NADP+ y H+.
Esta energía se utiliza para transportar un protón de hidrógeno (H+) hacia el interior del tilacoide, creando un gradiente de protones. Este gradiente reduce una molécula de NADP+ a NADPH. El gradiente de protones, más concentrado en el interior del tilacoide, genera energía potencial electroquímica. La enzima ATP sintasa (o ATPasa) cataliza la conversión de esta energía potencial electroquímica en energía química, formando ATP.
Relación entre la Cadena de Transporte y la Síntesis de ATP
La cadena transportadora de electrones está directamente relacionada con la síntesis de ATP, como se describió anteriormente. La energía lumínica se transforma en energía química a través de la acción conjunta de proteínas y el flujo de electrones.
Ciclo de Calvin-Benson: Fijación de Carbono y Síntesis de Azúcares
El ciclo de Calvin-Benson (o ciclo C3) es una serie de reacciones que permiten a las plantas captar dióxido de carbono (CO2) del aire y utilizarlo para sintetizar glucosa (un azúcar de seis carbonos). Este ciclo requiere:
- CO2 (generalmente del aire).
- La molécula bifosfato de ribulosa (RuBP).
- Enzimas que catalizan cada una de las reacciones.
- Energía en forma de ATP y NADPH, proporcionada por las reacciones dependientes de la luz.
Fases del Ciclo de Calvin
El ciclo se divide en tres fases principales:
- Fijación de carbono (Paso 1): La enzima rubisco combina el carbono del CO2 con la RuBP (una molécula de cinco carbonos). Esto forma una molécula inestable de seis carbonos que se divide inmediatamente en dos moléculas de tres carbonos de PGA (ácido fosfoglicérico). El nombre «ciclo C3» proviene de estas moléculas de tres carbonos.
- Síntesis de G3P (Paso 2): En una serie de reacciones catalizadas por enzimas, la energía del ATP y el NADPH (generados en las reacciones dependientes de la luz) se utiliza para convertir el PGA en G3P (gliceraldehído-3-fosfato).
- Regeneración de RuBP (Paso 3): Mediante una serie de reacciones que requieren energía del ATP, se utiliza G3P para regenerar la RuBP utilizada al inicio del ciclo.
Dos moléculas restantes de G3P se utilizarán para sintetizar glucosa y otras moléculas necesarias para la planta (paso 4, fuera del ciclo).
Productos del Ciclo de Calvin y sus Destinos
El producto principal del ciclo de Calvin son dos moléculas de G3P. En reacciones independientes de la luz, fuera del ciclo C3, estas dos moléculas de G3P (cada una con tres carbonos) se combinan para formar una molécula de glucosa (con seis carbonos). Esta glucosa puede seguir varios caminos:
- Formar sacarosa (azúcar de mesa, un disacárido formado por glucosa y fructosa, utilizado para almacenamiento).
- Unirse en cadenas largas para formar almidón (otra molécula de almacenamiento).
- Formar celulosa (un componente estructural principal de las paredes celulares de las plantas).