Anabolismo Celular: Fotosíntesis y Quimiosíntesis Explicadas
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Anabolismo: Síntesis de Moléculas Complejas y Producción de Energía
El anabolismo es el conjunto de procesos metabólicos que conducen a la síntesis de moléculas complejas a partir de moléculas más sencillas, y que requieren la incorporación de energía. La mayoría de las rutas anabólicas son comunes en las células, tanto en las autótrofas, que disponen de rutas anabólicas específicas a través de las cuales son capaces de fabricar sus moléculas orgánicas sencillas (como la glucosa a partir de moléculas inorgánicas), como en las heterótrofas.
Tipos de Células Autótrofas según su Fuente de Energía
En función de la fuente de energía utilizada, distinguimos dos tipos principales de células autótrofas:
- Células fotoautótrofas: Utilizan la energía de la luz solar.
- Células quimioautótrofas: Utilizan la energía liberada en reacciones químicas.
La Fotosíntesis: Conversión de Energía Luminosa en Química
La fotosíntesis es el proceso anabólico fundamental en el que las células fotoautótrofas sintetizan materia orgánica (principalmente glucosa) a partir de materia inorgánica (CO₂ y H₂O), utilizando la energía de la luz solar. Este proceso es posible porque estas células contienen clorofila, un pigmento capaz de excitarse con la luz y transformar la energía luminosa en energía química.
Ecuación General de la Fotosíntesis
La ecuación general simplificada de la fotosíntesis es:
6CO₂ + 6H₂O + Energía luminosa → C₆H₁₂O₆ (Glucosa) + 6O₂
Según esta ecuación, se produce una oxidación del agua (H₂O) y una reducción del dióxido de carbono (CO₂). Sin embargo, este proceso redox no se produce ni de forma espontánea ni directamente, sino a través de un conjunto de reacciones muy complejas que tienen lugar en dos etapas principales:
Etapas de la Fotosíntesis
Fase Dependiente de la Luz (Fase Luminosa)
En esta fase, la energía luminosa es capturada y convertida en energía química (ATP y NADPH).
- La energía de la luz captada por la clorofila se utiliza para romper una molécula de H₂O en un proceso llamado fotólisis del agua.
- La ruptura del agua libera O₂ a la atmósfera, y electrones (e⁻) e iones hidrógeno (H⁺) que se utilizan para reducir moléculas de NADP⁺ a NADPH (Nicotinamida Adenina Dinucleótido Fosfato reducido).
- Parte de la energía de la luz se emplea para sintetizar ATP (Adenosín Trifosfato) a partir de ADP (Adenosín Difosfato) y Pᵢ (fosfato inorgánico) mediante un proceso conocido como fotofosforilación.
De esta forma, la energía luminosa se transforma en energía química almacenada en las moléculas de ATP y NADPH.
Fase Independiente de la Luz (Ciclo de Calvin)
Esta fase no requiere luz directamente y utiliza los productos de la fase luminosa para sintetizar glucosa.
- Se produce a través de una ruta metabólica cíclica conocida como el Ciclo de Calvin.
- Las moléculas de ATP y de NADPH producidas en la fase luminosa se usan para reducir moléculas de CO₂ a glucosa, completando así la síntesis de materia orgánica.
La Quimiosíntesis: Síntesis Orgánica a partir de Energía Química
La quimiosíntesis es el proceso mediante el cual las células quimioautótrofas sintetizan materia orgánica a partir de materia inorgánica, utilizando como fuente de energía la que se desprende de ciertas reacciones químicas de oxidación de compuestos inorgánicos.
Fases de la Quimiosíntesis
Este proceso se divide en dos fases principales:
Fase de Obtención de Energía y Poder Reductor
En esta fase, la célula genera la energía y los coenzimas reducidos necesarios para la síntesis.
- Se obtiene energía en forma de ATP y coenzimas reducidas (como NADPH) a partir de la oxidación de compuestos inorgánicos sencillos (ej., amoníaco, nitritos, sulfuro de hidrógeno, hierro ferroso).
Fase Biosintética
Esta fase es similar a la fase independiente de la luz de la fotosíntesis.
- Es semejante al Ciclo de Calvin de la fotosíntesis, pero en ella se utilizan el ATP y el NADPH obtenidos en la fase anterior para reducir CO₂ y obtener moléculas orgánicas como la glucosa.