L'Anabolisme i la Fotosíntesi: Processos Metabòlics Essencials

1. L'Anabolisme

L'anabolisme és la via constructiva del metabolisme. A partir de molècules senzilles, n'obtenim altres de més complexes. Hi ha dues etapes:

• L'anabolisme autòtrof: És el pas de molècules inorgàniques (H₂O, CO₂, NO₃⁻...) a molècules orgàniques senzilles (glucosa, glicerina, aminoàcids).
• L'anabolisme heteròtrof: És el pas de molècules orgàniques senzilles a altres de més complexes (midó, greixos o proteïnes).

Hi ha dos tipus d'anabolisme autòtrof, segons la font d'energia que s'utilitzi:

• La fotosíntesi: Si la font d'energia és la llum.
• La quimiosíntesi: Si l'energia s'obté amb reaccions d'oxidació de compostos inorgànics.

2. La Fotosíntesi

És la conversió de l'energia lluminosa en energia química, que queda emmagatzemada en molècules orgàniques. És possible gràcies als pigments fotosintètics, que capten l'energia lluminosa i la utilitzen per activar electrons fins a transferir-los a altres àtoms, iniciant així una reacció química.

Per recuperar els electrons perduts hi ha dos mecanismes:

• Descompondre molècules d'aigua, alliberant-se O₂.
• Descompondre àcid sulfhídric, present a algunes aigües, alliberant-se sofre (S).

La primera s'anomena fotosíntesi (FS) oxigènica, i és pròpia de les plantes, les algues i els cianobacteris.

2.1. Les Estructures Fotosintetitzadores

En les plantes i les algues, la FS es realitza als cloroplasts. Són uns orgànuls discoïdals amb una membrana externa i una altra interna i un medi intern anomenat estroma, amb uns sàculs anomenats tilacoides. En aquestes membranes hi ha uns complexos proteics que contenen molècules de clorofil·la i altres pigments fotosintètics, anomenats fotosistemes. Els tilacoides es disposen en nombroses piles (tilacoides de grana) connectades per unes làmines paral·leles (tilacoides d'estroma o de lamel·la). Hi ha uns 30-40 tilacoides per cèl·lula, o sigui, 500.000/mm² de fulla.

2.2. Els Pigments Fotosintètics i l'Absorció de la Llum

Són lípids units a proteïnes, presents a les membranes dels tilacoides. En les plantes hi ha clorofil·les i carotenoides, en els cianobacteris i algues vermelles, a més, ficocianina i ficoeritrina i, en els bacteris fotosintètics, la bacterioclorofil·la.

La clorofil·la és una molècula complexa, formada per quatre anells pirròlics pentagonals, enllaçats per a formar un anell més gran, que és la porfirina, amb un àtom de Mg al centre, associat a un fitol, que és un monoalcohol de 20 C. És una molècula amfipàtica, amb el grup fitol com a part hidròfoba, que és qui manté la molècula ancorada a les membranes dels tilacoides. Hi ha dos tipus de clorofil·la: la a, que absorbeix llum de 683 nm i la b, que absorbeix a 660 nm.

Els carotenoides són isoprenoides i absorbeixen llum a 440 nanòmetres. Hi ha de dos tipus: carotens, de color vermell, i xantofil·les, groguenques. Les ficocianines són blaves i les ficoeritrines, vermelles.

2.3. Els Fotosistemes

Un fotosistema està constituït per proteïnes transmembrana formades per dues subunitats: el complex captador de llum o antena i el centre de reacció.

El complex captador de llum o antena conté molècules de clorofil·la a i b i carotenoides que poden captar l'energia lluminosa, transmetre-la entre diferents molècules (energia d'excitació) fins a cedir-la al pigment fotosintètic del centre de reacció.

Aquesta subunitat conté dues molècules d'un tipus especial de clorofil·la a (pigment diana) que, quan rep l'energia captada pels pigments de l'antena, pot transferir els electrons a una altra molècula (→ primer acceptor d'electrons) i aquest, a una molècula externa.

El pigment diana, inicia així una reacció de transferència d'electrons. A més, reposa els electrons perduts a partir d'una altra molècula anomenada primer donador d'electrons.

Hi ha dos tipus de fotosistemes (PS) anomenats fotosistema I (PSI) i fotosistema II (PSII)

• El PSI té un pigment diana que capta la llum d'una longitud d'ona menor o igual a 700 nm (→ clorofil·la P700). No pot trencar la molècula d'aigua per aconseguir electrons i és més abundant als tilacoides d'estroma.
• El PSII té un pigment diana que capta la llum d'una longitud d'ona menor o igual a 680 nm (→ clorofil·la P680). És capaç de trencar la molècula d'aigua per aconseguir electrons necessaris per reposar els que ha perdut el pigment diana i és més abundant als tilacoides de grana.

En l'aparell fotosintetitzador que hi ha en les membranes dels tilacoides després de cada FS, hi ha una cadena de molècules transportadores d'electrons i proteïnes ATP-sintetases, que sintetitzen ATP a partir de la diferència de potencial a ambdós costats de la membrana, de manera anàloga al que passa a la fosforilació oxidativa dels mitocondris.