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CAPTACIÓN DE ENERGÍA SOLAR: FOTOSÍNTESIS

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JULIÁN RODRÍGUEZ

on 23 April 2016

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CAPTACIÓN DE ENERGÍA SOLAR: FOTOSÍNTESIS
La
epidermis

(tejido protector de la planta). La hoja obtiene el CO2 para la fotosíntesis del aire; los poros ajustables en la epidermis, llamados
estomas
(del griego, “boca”) se abren y se cierran a intervalos adecuados para admitir el CO2 del aire.
Capas internas de la hoja
(
mesófilo
)
. Una sola célula mesofílica puede tener de 40 a 200 cloroplastos.
Los
cloroplastos

son organelos que consisten en una doble membrana externa que encierra un medio semilíquido, el
estroma
.
Incrustadas en el estroma hay bolsas membranosas interconectadas en forma de disco, llamadas
tilacoides
.
REACCIONES LUMINOSAS
Las
reacciones luminosas
captan la energía de la luz solar, la almacenan como energía química en dos moléculas portadoras de energía:
ATP
y
NADPH
.
Las moléculas que hacen posible estas reacciones, incluyendo los pigmentos que captan la luz y las enzimas, están insertadas en las
membranas de los tilacoides
.
PIGMENTOS CAPTADORES DE LA LUZ SOLAR
FOTOSISTEMAS
HOJAS Y CLOROPLASTOS
A partir de las moléculas sencillas de
dióxido de carbono
(CO2) y
agua
(H2O), la fotosíntesis convierte la
energía de la luz solar
en
energía química
que se almacena en los enlaces de la
glucosa
(C6H12O6) y libera oxígeno (O2). La reacción química general más sencilla para la fotosíntesis es:

6 CO2 + 6H2O + energía luminosa: C6H12O6 + 6 O2

A partir de la anterior reacción, la fotosíntesis comprende docenas de reaccione catalizadas por docenas de enzimas; estas reacciones ocurren en dos fases diferenciadas: la
fase luminosa
, donde se realizan las
reacciones luminosas
o fotodependientes, y la
fase oscura
, donde se lleva a cabo las fotoindependientes o
ciclo de Calvin
. Cada fase se realiza en partes diferentes del cloroplasto, pero están conectadas por un vínculo importante: las
moléculas portadoras de energía
.
En las
reacciones luminosas
, la
clorofila
y otras moléculas insertadas en las membranas de los
tilacoides
de los cloroplastos
captan
energía de la luz solar y la convierten parte en energía química almacenada en las moléculas portadoras de energía
ATP
y
NADPH
(
Nicotinamida adenina dinucleótido fosfato
). Los enlaces de la molécula de agua se rompen y se
libera oxígeno
como subproducto, proceso que se conoce como
fotólisis
. En las reacciones fotoindependientes del
Ciclo de Calvin
, las enzimas que se localizan en el fluido del estroma situado fuera del tilacoide toman el
CO2
de la atmósfera y la
energía química
de las moléculas portadoras para impulsar la síntesis de un azúcar de tres carbonos que servirá para sintetizar
glucosa
.
La parte
“foto”
de la fotosíntesis es la captura de energía solar para recargar las moléculas portadas
ADP
(Adenosisn difosfato) y
NADP+
(la forma sin energía de NADPH) para formar
ATP
y
NADPH
. La parte
“síntesis”
se refiere al
ciclo de Calvin
, ene l que se capta carbono para sintetizar glucosa por medio de la energía suministrada por las moléculas de alta energía (ATP y NADPH).
La
clorofila
, absorbe intensamente las luces
violeta
,
azul
y
roja
; pero
refleja la verde
, dando así el color verde a las hojas. Los cloroplastos contienen además otras moléculas, llamadas
pigmentos accesorios
(ej: clorofila b), que absorben longitudes de onda adicionales de energía luminosa y las transfieren a la clorofila a. Los
carotenoides
son pigmentos accesorios que se encuentran en todos los cloroplastos, absorben las luces verde y azul, y la mayoría de las veces aparecen en colores
amarillo
o
anaranjado
.
La
clorofila
(curvas azul y verde)
absorbe
intensamente las luces violeta, azul y roja. Los
carotenoides
(curva anaranjada) absorben las longitudes de onda azul y verde.
La
energía luminosa
se capta y se convierte en
energía química
mediante las reacciones luminosas que se realizan en las
membranas tilacoidales
. Estas membranas tienen muchos
fotosistemas
, cada uno consiste en un agrupamiento de clorofila y pigmentos accesorios rodeado por diversas proteínas. Dos fotosistemas operan juntos durante las reacciones luminosas: el
fotosistema II
(
PS II
) y el
fotosistema I
(
PS I
). Cada fotosistema tiene contigua una
cadena de transporte de electrones
diferentes; estas cadenas de transporte de electrones (
ETC
) constan de series de moléculas portadoras de electrones insertadas en la
membrana tilacoidal
.
Cada fotosistema tiene contigua una
cadena de transporte de electrones
diferentes (
ETC
). En la membrana tilacoidal, la ruta general de los electrones es:
PS II - ETC II - PS I - ECT I -– NADP+
.
FOTOSISTEMA II
Fotones
absorbidos por pigmentos agrupados en el fotosistema II. La
energía salta
de un pigmento a otro hasta que se canaliza al
centro de la reacción
. El centro de la reacción de cada fotosistema consta de un par de moléculas especializadas de
clorofila a
y una molécula (
aceptor primario de electrones
) incrustada en un complejo de proteínas.
Cuando la energía llega al centro de la reacción,
lanza
un electrón de una de las moléculas de clorofila al aceptor primario de energía, que capta el electrón energizado.
El centro de la reacción del
PS II
debe
recibir
constantemente electrones para
remplazar
los que salieron cuando los
energizo la luz
. Una
enzima
rompe los
enlaces del H20
, con lo que se
libera electrones
que remplazan a los perdidos por las moléculas de clorofila en el centro de la reacción. Esta reacción
libera
también
iones de H+
que contribuyen al
gradiente de H+
que impulsa la
síntesis del ATP.

Por cada dos moléculas de agua que se degradan, se produce una molécula de
gas oxigeno (O2)
.
Aceptor primario de electrones
capta el electrón, lo pasa a la
primera molécula
de ETC II; el
electrón
viaja de una molécula portadora de electrones a la siguiente y va perdiendo energía. Parte de esta energía se aprovecha para
bombear
a través e la membrana tilacoidal
iones de H+
al espacio tilacoidal, donde se usará para generar
ATP
. Al final el
e-
ya sin energía
sale
de la
ETC II
y entra la
centro de la reacción del PS I
, donde remplaza al e- lanzado cuando la luz incide en este fotosistema I.
FOTOSISTEMA I
Electrón lanzado
del centro de la reacción del
PS II
, tomado por el
aceptor primario de electrones del PS I
, este pasa por la
ETC I
hasta que llega al
NADP+
. Se forma el
NADPH
, cuando una molécula de
NADP+
toma dos electrones energizados junto con un ión hidrógeno.
QUIMIÓSMOSIS GENERA ATP
El
electrón energizado
recorre la
ETC II
, parte de la energía que libera se usa para bombear
iones de H+
al
espacio tilacoidal
, crea una concentración elevada de H+ dentro del espacio, y una baja concentración en el estroma.
Durante la
quimiósmosis
los H+ pasan por un canal de proteína (
ATP sintasa
) de la membrana tilacoidal. Se produce
ATP
a partir de
ADP
.

CICLO DE CALVIN
Conocido como el
ciclo de Calvin - Beenson
o
ciclo C3
, es el proceso de captar
seis moléculas de dióxido de carbono
del aire y usarlas para sintetizar la
glucosa
. Es una
reacción fotoindependiente
.
El ATP y NADPH se localizan en el
estroma
, estos impulsan la síntesis de un azúcar simple de
tres carbonos
(
gliceraldehído 3 fosfato, G3P
) a partir del
CO2
. Por cada 3 moléculas de CO2, se produce una de G3P.
La ruta comienza y termina con la misma molécula, un azúcar de 5 carbonos
Ribulosa bifosfato
(
RuBP
), que se recicla constantemente.
El ciclo de Calvin se divide en tres etapas:
1. FIJACIÓN DEL CARBONO
La
enzima Rubisco
combina una molécula de
CO2
con una de
RuBP
, esto produce una molécula de seis carbonos inestable que se divide inmediatamente a la mitad en
dos
moléculas de
tres carbonos
de
ácido fosfoglicérido
(
PGA
). Se generan
3 moléculas de PGA
, por eso el ciclo de Calvin también se conoce la
ruta C3
.
2. síntesis DE G3P
Reacciones catalizadas por
enzimas
, la energía del
ATP
y
NADPH
se usa para convertir seis moléculas de PGA en seis del azúcar de 3 carbonos (
G3P
).
3. REGENERACIÓN DE RuBP
Reacciones catalizadas por enzimas que necesitan de ATP de las reacciones luminosas, se usan
5
de las 6 moléculas de
G3P
para
regenerar
el
RuBP
. La
molécula restante
de
G3P
, que es el producto final de la fotosíntesis,
sale del ciclo.

En las reacciones que ocurren fuera del ciclo de Calvin,
dos moléculas de G3P
se combinan para formar una molécula de
glucosa
de 6 carbonos.
Casi todas las moléculas se usan para formar
sacarosa
, o bien
almidón
.
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