El objetivo de una reacción dependiente de la luz

Escrito por david chandler | Traducido por florencia kushidonchi
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El objetivo de una reacción dependiente de la luz
La fotosíntesis proporciona a las plantas su alimento a partir de la luz solar, el agua y el dióxido de carbono. (Hemera Technologies/AbleStock.com/Getty Images)

Las reacciones dependientes de la luz comprenden la primer etapa de la fotosíntesis, al convertir la energía de la luz en energía química utilizable para las reacciones independientes de luz posteriores en las cuales el dióxido de carbono se fija en moléculas orgánicas. Esta energía química se almacena en el enlace de fosfato de alta energía del ATP. A la utilización de la luz para formar estos enlaces a menudo se la denomina fotofosforilación.

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Fotosíntesis

La fotosíntesis es el proceso mediante el cual las plantas, algunos protistas y algunas bacterias sintetizan moléculas orgánicas complejas utilizando luz, agua y dióxido de carbono. El objetivo principal de la fotosíntesis es producir alimento para el organismo en forma de glucosa. Dado que estos organismos generan su propio alimento, a menudo se refiere a ellos como autótrofos en oposición a heterótrofos, tales como los animales que consiguen su alimento de otros organismos o de su ambiente.

Cloroplastos

En organismos eucariotas tales como las plantas y algas, las reacciones dependientes de la luz se producen en las membranas tilacoidales dentro de una organela celular especializada llamada el cloroplasto. Las membranas tilacoidales forman un espacio cerrado llamado lumen, donde los protones se pueden concentrar y utilizar para generar energía química. Las reacciones independientes de la luz se producen en el área del cloroplasto fuera de las membranas tilacoidales llamada estroma. Las bacterias fotosintéticas carecen de una organela especializada de este tipo, y en su lugar realizan las reacciones dependientes de la luz en pliegues de la membrana plasmática.

Fotosistemas

La energía de la luz se aprovecha por medio de una disposición compleja de pigmentos llamados fotosistemas. Las bacterias poseen un único fotosistema llamado Fotosistema II. Los eucariotas emplean el Fotosistema II y un fotosistema adicional conocido como Fotosistema I. Cada fotosistema presenta clorofila como el pigmento primario, aunque también hay presentes pigmentos adicionales. Hay dos diferencias importantes entre los fotosistemas. Primero, los dos fotosistemas absorben la luz de manera óptima a distintas longitudes de onda: 680 nanómetros para el Fotosistema II y 700 nanómetros para el Fotosistema I. Segundo, los electrones perdidos por la clorofila en cada fotosistema son reemplazados desde distintas fuentes.

Clorofila

La clorofila energiza un electrón de energía de la luz y estos electrones son luego extraídos del fotosistema hacia una cadena de transporte de electrones. El electrón perdido por la clorofila en el Fotosistema II se reemplaza desde una molécula de agua. Cada cuatro electrones quitados de moléculas de agua transforman a dos moléculas de agua en una molécula de oxígeno y cuatro protones. La clorofila en el Fotosistema I recupera sus electrones a partir del paso final de la cadena de transporte de electrones.

Cadena de transporte de electrones

Junto a los fotosistemas, las moléculas de transporte de la cadena de transporte de electrones están incrustadas en la membrana. Esta cadena consiste en una serie de reacciones redox que crean una gradiente de protones dentro del lumen. Los protones se mueven a lo largo de la membrana desde el lumen al estroma por medio de canales en la membrana formados por una enzima llamada sintasa ATP. Esta enzima une al flujo de protones con el anexo de un grupo de fosfato a una molécula de ADP (adenosín difosfato) para formar ATP (adenosín trifosfato). El ATP luego se utiliza para proporcionar gran parte de la energía química necesaria para fijar el carbono.

Fotofosforilación cíclica y no cíclica

Como revisión, en los eucariotas, el Fotosistema II utiliza la luz para quitar los electrones de las moléculas de agua, energizarlos, y enviarlos a una cadena de transporte de electrones para la síntesis de ATP. El electron luego pasa al Fotosistema I, el cual re-energiza al electrón. En la fotofosforilación no cíclica, los electrones luego se utilizan para convertir NADP+ en NADPH (nicotinamida adenina dinucléotido fosfato). Esto es un segundo producto de las reacciones dependientes de luz necesarias para las reacciones que fijan el carbón. En la fotofosforilación cíclica, el Fotosistema I transfiere sus electrones re-energizados de vuelta a la cadena de transporte de electrones, lo que resulta en ATP adicional, pero ningún NADPH.

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