Fotosíntesis - Escuela de Ciencias Ambientales

Fotosíntesis
(Resumen de conceptos clave)
Pedro Juárez1
1
Escuela de Ciencias Ambientales, Universidad Nacional, Heredia, Costa Rica
[email protected]
¿Qué es la Fotosintesis?
En el proceso que llamados fotosíntesis se
capta la energía de la luz del sol para convertir
las moléculas inorgánicas de dióxido de
carbono (CO2) y agua (H2O) en moléculas
orgánicas de alta energía, como la glucosa. En
las plantas, la fotosíntesis de efectúa en los
cloroplastos y sigue dos secuencias de reacción
principales: reacciones dependientes de la luz
(fase luminosa) y las reacciones independientes
de la luz (fase oscura).
Reacciones dependientes de la luz: ¿Cómo se
convierte la energía luminosa en energía
química?
Las reacciones dependientes de la luz se dan en
los tilacoides. La luz estimula los electrones de
las moléculas de la clorofila a y transfiere esos
electrones energéticos a las cadenas
transportadoras de electrones. La energía de
estos electrones impulsa tres procesos:
 El fotosistema II genera ATP: parte de
la energía de los electrones se utiliza
para bombear iones hidrógeno al
interior de los tilacoides. De este modo,
la concentración de iones hidrógeno al
interior de los tilacoides es más alta ahí
que en el estroma. Los iones hidrógeno
bajan por el gradiente de concentración
a través de enzimas sintasas de ATP de
las membranas tilacoides y, al hacerlo,
suministran la energía que impulsa la
síntesis de ATP (quimiósmosis).
 El fotosistema I genera NADPH: Parte
de la energía en forma de electrones
energéticamente cargados se agrega a
las moléculas portadoras de electrones
de NADP+, para formar el portador
altamente energético NADPH.
 La descomposición del agua mantiene
el flujo de electrones a través de los
fotosistemas: Una parte de la energía se
utiliza para dividir los enlaces de la
molécula
de
agua,
generando
electrones, iones hidrógeno y liberando
oxígeno.
Reacciones independientes de la luz:
¿Cómo se almacena la energía química en
las moléculas de glucosa?
En el estroma de los cloroplastos, el ATP y el
NADPH brindan la energía que impulsa la
síntesis de GP3, que se utiliza para generar
glucosa a partir de CO2 y H2O. Las reacciones
de la fase oscura se inician con un ciclo de
reacciones químicas llamado ciclo de CalvinBenson, o comúnmente ciclo C3. Este ciclo
consta de tres partes principales:
 Fijación de carbono: Dióxido de
carbono y agua combinan con
bifosfato de ribulosa (RuBP), para
formar ácido fosfoglicérico (PGA).
 Síntesis de G3P: PGA es convertido a
gliceraldehído-3-fosfato
(G3P),
usando la energía de ATP y del
NADPH. El G3P se usa para sintetizar
glucosa y otras moléculas importantes
como almidón y celulosa.
 Regeneración de RuBP: Diez moléculas
de G3P se utilizan para regenerar seis
moléculas de RuBP usando energía
del ATP.
Las reacciones independientes de luz
continúan con la síntesis de la glucosa y
otros carbohidratos que tiene lugar fuera del
cloroplasto.
Relación entre las reacciones (dependientesindependientes de la luz) de la fotosíntesis
Las reacciones dependientes de la luz generan
el portador de energía ATP y el portador de
electrones NADPH. La energía de estos
portadores se consume en la síntesis de las
moléculas orgánicas durante las reacciones
independientes de la luz. Los portadores
agotados, ADP y NADP+, vuelven a las
reacciones dependientes para recargarse.
Agua, CO2 y la vía C4*
y O2. Si la concentración CO2 baja demasiado
o si la concentración de O2 sube mucho, se dá
la fotorrespiración derrochadora, la cual evita
la fijación de carbono. Las plantas han
desarrollado un paso adicional para la fijación
de carbono que reduce al mínimo la
fotorrespiración. En las células mesofílicas
de estas plantas C4, el CO2 se combina con
ácido fosfoenolpiruvico (PEP) parar formar
una molécula de cuatro carbonos, la cual se
modifica y se transporta al interior de la
células de la vaina del haz adyacente, donde
libera
CO2
manteniendo
una
alta
concentración de CO2 en dichas células. Por
último, este CO2 se fija por medio del ciclo
C3.
Lecturas recomendadas:
Bazzaz, F. A., & Fajer, E. D. (1992). Plant life in a
CO2-rich world. Scientific American (USA).
Grodzinski, B. (1992). Plant nutrition and growth
regulation by CO2 enrichment.BioScience, 517-525.
Kring, D. A., & Durda, D. D. (2003). The day the
world burned. Scientific American, 289(6), 98-105.
Monastersky, R. (1998). Children of the C4 world: Did
a decline in carbon dioxide concentrations spur our
evolution?. Science News, 153(1), 14-15.
Mooney, H. A., Drake, B. G., Luxmoore, R. J., Oechel,
W. C., & Pitelka, L. F. (1991). Predicting ecosystem
responses to elevated CO2 concentrations.BioScience,
96-104.
Papageorgiou, G. (1975). Chlorophyll fluorescence: an
intrinsic probe of photosynthesis. Bioenergetics of
photosynthesis, 319-371.
Robbins, M. W. (2005). Energy The Promise of Pond
Scum. DISCOVER-NEW YORK-, 26(10), 68.
La enzima rubisco que cataliza la reacción
entre RuBP y CO2 cataliza también una
reacción llamada fotorrespiración entre RuBP
* ver plantas con metabolismo del ácido crasuláceo (CAM), proceso similar a la vía C4

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