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Fases de la fotosíntesis
Fases de la fotosíntesis
La fotosíntesis es un proceso biológico complejo que puede dividirse en dos fases principales:
Absorción y conversión de energía
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Toma y asimilación de elementos constitutivos de la materia orgánica
LAS DOS FASES DE LA FOTOSÍNTESIS REQUIEREN DE LA LUZ, por lo que reciben el nombre de fotoabsorción y fotoasimilación.
Ecuación general de la fotosíntesis oxigénica
Ecuación general de la fotosíntesis oxigénica
La ecuación general de la fotosíntesis oxigénica requiere de n moléculas de agua (el agente reductor) y n moléculas de dióxido de carbono, que mediante la energía luminosa y numerosas proteínas se transforman en oxígeno y un azúcar o fotosintato. Se trata de una reacción endergónica que puede representarse como:
nH2O + nCO2 → (+luz) → nO2 + (CH2O)n
Fotoabsorción
Fotoabsorción
Se transforma aproveche la energía solar para producir energía bioquímica en forma de ATP y NADPH.
Esta conversión se logra mediante una serie de complejos proteicos y otras moléculas que en la membrana de los tilacoides participan en la llamada cadena de electrones.
H2O + ADP + Pi + NADP+ → (+luz + clorofila) → O2 + ATP + NADPH
Fotoasimilación
Fotoasimilación
Aprovecha el ATP y NADPH generado para realizar el Ciclo de Benson-Calvin-Bashmann.
Mediante el Ciclo de Benson-Calvin-Bashmann se carboxilan moléculas de ribulosa, un azúcar de 5 carbonos, que posteriormente se reducen para formar triosas que son destinadas a diferentes rutas metabólicas.
ATP + NADPH + H2O + CO2 → (+enzimas del Ciclo de Benson-Calvin-Bashmann) → (CH2O)n + ADP + Pi + NADP+
La luz y los fotones
La luz y los fotones
Max Planck enunció la teoría cuántica, que establece que la transferencia de energía radiante ocurre en unidades discretas llamadas cuantos.
La luz y otras radiaciones electromagnéticas están compuestas por paquetes elementales de energía llamados fotones, que interactúan con moléculas en procesos de absorción y emisión.
Cada fotón tiene una energía propia determinada por su longitud de onda específica, que puede calcularse utilizando las ecuaciones de Planck.
La absorción de un fotón por una molécula implica la transición desde su estado fundamental de mínima energía a uno de sus estados excitados de mayor contenido energético.
Los estados electrónicos excitados resultantes de la absorción de un fotón son muy inestables y tienden a volver al estado fundamental, liberando el exceso de energía.
Existen diversas formas de desexcitación de una molécula excitada:
Relajación de la vibración: Ocurre dentro del mismo estado electrónico, donde la molécula pierde energía en forma de calor (energía no radiante).
Conversión interna: Implica saltos descendentes cortos entre estados electrónicos próximos, liberando energía en forma no radiante a grupos atómicos de la misma molécula o moléculas adyacentes.
Fluorescencia: Algunos saltos entre estados electrónicos producen la emisión de luz visible de menor energía que el fotón absorbido.
Fosforescencia: Involucra la inversión del espín del electrón excitado, creando un estado triplete con menor energía, seguido de la emisión de luz visible.
Transferencia excitónica: La energía de excitación se transfiere a otra molécula cercana, siendo fundamental en el funcionamiento de las antenas fotosintéticas.
Pigmentos fotosintéticos
Pigmentos fotosintéticos
La absorción de luz para la fotosíntesis en las plantas se realiza mediante dos tipos principales de pigmentos: las clorofilas y los carotenoides.
Estos pigmentos están integrados en complejos pigmento-proteína dentro del aparato fotosintético.
Clorofilas
Clorofilas
Pigmento más importante, ya que desempeña un papel fundamental en la absorción y conversión de la energía luminosa.
Existen diferentes tipos de clorofilas, todas caracterizadas por su estructura de anillo tetrapirrólico con un catión metálico de magnesio.
Las clorofilas absorben principalmente en las regiones azul y roja del espectro, lo que les confiere su color verde característico.
Carotenoides
Carotenoides
Compuestos lipídicos isoprenoides que actúan como pigmentos accesorios en la fotosíntesis.
Están formados por cuarenta átomos de carbono y tienen una estructura principal lineal con grupos metilo laterales.
Los carotenoides, como los carotenos y las xantofilas, protegen el aparato fotosensible y actúan como antenas alternativas en el espectro de luz donde las clorofilas absorben menos, como la luz azul-verde.
¿Dónde se lleva a cabo la fotosíntesis?
¿Dónde se lleva a cabo la fotosíntesis?
Las hojas
Las hojas
En las plantas, la fotosíntesis ocurre en los tejidos fotosintéticos, presentes en su mayor parte en las hojas.
Las hojas tienen la capacidad de cambiar su orientación a lo largo del día modificando la incidencia luminosa, fenómeno conocido como fotonastia.
La forma aplanada de las hojas les otorga una alta capacidad de disipación térmica lo que eficientiza el proceso fotosintético.
Puedes observar algunos ejemplos del movimiento de las hojas en el siguiente video:
La anatomía de la hoja también se relaciona estrechamente con la eficiencia fotosintética.
La luz tiene contacto directo con el envés, donde se encuentra el mesófilo en empalizada que cuenta con una gran densidad de cloroplastos para el aprovechamiento de la radiación luminosa.
El intercambio gaseoso se realiza a través de los estomas, los cuales generalmente se encuentran en el envés, aledaños al mesófilo esponjoso, tejido caracterizado por poseer grandes espacios intercelulares por donde se pueden desplazar los gases con mayor facilidad.
Si quisieras ver un esquema de la anatomía básica de la hoja te recomiendo el siguiente video (del mínuto 1:22 al 1:48 se menciona el mesófilo):
El cloroplasto
El cloroplasto
Los cloroplastos son orgánulos celulares que están rodeados por una doble membrana llamada envuelta cloroplástica, compuesta por una membrana externa permeable y una membrana interna selectivamente permeable.
Dentro del cloroplasto, se encuentran las membranas tilacoides, que forman un sistema intrincado de membranas plegadas en forma de láminas paralelas, a veces apiladas.
Hay dos tipos de lamelas tilacoidales: las lamelas grana, que son apilamientos de láminas a modo de discos, y las lamelas estromáticas, que son láminas simples más extensas que se interconectan con zonas de lamelas apiladas.
Las membranas tilacoidales contienen todo el aparato biomolecular necesario para llevar a cabo la primera fase de la fotosíntesis.
En el siguiente video puedes ver una animación de la estructura del cloroplasto:
El Tilacoide
El Tilacoide
Estructuras membranosas que desempeñan un papel fundamental en la fotosíntesis en las plantas, ya que contienen los complejos proteicos fotosintéticos.
Las membranas tilacoidales están formadas por bicapas lipídicas, que son barreras semipermeables entre espacios acuosos y permiten la inserción de complejos proteicos fotosintéticos.
La composición lipídica de los tilacoides es crucial para su fluidez y la movilidad de las proteínas insertadas en ellas.
Los lípidos principales son los galactolípidos (MGDG y DGDG), sulfolípidos (SQDG) y fosfolípidos (PG).
Los galactolípidos son los lípidos más abundantes en la membrana tilacoidal y tienen un alto contenido de ácidos grasos poliinsaturados, lo que les confiere fluidez.
Los sulfolípidos y fosfolípidos también son importantes en la composición de los tilacoides, contribuyendo a la fluidez de la membrana y desempeñando funciones específicas.
Además de los lípidos, en los tilacoides también se encuentran otros compuestos lipídicos con funciones particulares, como transportadores redox y antioxidantes, así como los pigmentos fotosintéticos clorofilas y carotenoides.
Modelo 3D de la membrana tilacoidal. Se observa la lamela grana ("grana thylakoids") y la lamela estromática ("stroma thylakoids"), así como algunos plastoglóbulos (cuerpos lipídicos asociados a los tilacoides). Imagen tomada de Staehelin y Paolillo 2020.
Ahora continuemos con la fase fotoquímica: 👇
Ahora continuemos con la fase fotoquímica: 👇
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