Fundamentos de la Bioenergética Celular: Fotosíntesis, Cloroplastos y Ciclo de Krebs
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La Fotosíntesis: Pilar de la Vida en la Tierra
La fotosíntesis es un proceso anabólico y autotrófico primordial, de la que depende la vida en la Tierra. Consiste en la conversión, por los organismos fotosintéticos, de la energía luminosa procedente del Sol en energía eléctrica y, posteriormente, en energía química. Esta energía será utilizada para formar materia orgánica propia o biomasa (principalmente glúcidos) a partir de moléculas inorgánicas, como agua (H2O), dióxido de carbono (CO2) y sales minerales. El oxígeno (O2) molecular, resultante de la ruptura de moléculas de agua que intervienen en el proceso, se desprende como producto de desecho. La materia orgánica y el oxígeno que fabrican las plantas son elementos esenciales que utilizan los otros seres vivos como fuente de energía y materia. En las células eucariotas, este proceso tiene lugar en el cloroplasto.
Ecuación Global de la Fotosíntesis
La fotosíntesis se puede representar mediante una ecuación global como la siguiente:
H2O + CO2 + Energía luminosa + clorofila
(CH2O) + O2 + H2O
En esta ecuación, el compuesto resultante (CH2O) representa a un monosacárido, por ejemplo, la glucosa.
Fases de la Fotosíntesis
La fotosíntesis se realiza en las siguientes dos fases principales:
- Fase Luminosa
- Fase Oscura (o Ciclo de Calvin)
Fase Luminosa
La fase luminosa de la fotosíntesis tiene lugar en presencia de luz. Durante esta fase, ocurren dos procesos muy importantes:
- La fotólisis del agua, por la que se obtiene poder reductor en forma de coenzimas reducidas (NADPH).
- La fotofosforilación, que produce ATP (adenosín trifosfato), la moneda energética celular.
El producto de desecho de esta fase es el oxígeno molecular (O2).
Fase Oscura: El Ciclo de Calvin
El Ciclo de Calvin se desarrolla durante la fase oscura fotosintética y está constituido por un conjunto de reacciones que tienen lugar en el estroma del cloroplasto. En estas reacciones, se aprovecha la energía (ATP) y el poder reductor (NADPH) obtenidos durante la fase lumínica para reducir y asimilar el CO2 y, de esta manera, obtener moléculas orgánicas (como la glucosa).
Los Cloroplastos: Fábricas de Energía Solar
Los cloroplastos son orgánulos citoplasmáticos que se localizan en las células vegetales fotosintéticas. Al igual que las mitocondrias, están rodeados por dos membranas entre las que existe un espacio intermembranoso. La membrana interna delimita en el interior del cloroplasto un espacio denominado estroma. No obstante, la membrana plastidial interna presenta invaginaciones paralelas al eje longitudinal del cloroplasto, que constituyen la membrana tilacoidal (también conocida como laminillas o lamelas). Esta membrana se organiza formando unas vesículas discoidales y aplanadas que se superponen como pilas de monedas, denominadas grana.
El Ciclo de Krebs: Corazón de la Respiración Celular
El producto más importante de la degradación de los carburantes metabólicos es el acetil-CoA (ácido acético activado con la coenzima A). Este compuesto continúa su proceso de oxidación hasta convertirse en CO2 y H2O, mediante un conjunto de reacciones que constituyen el Ciclo de Krebs, punto central donde confluyen todas las rutas catabólicas de la respiración aerobia. Este ciclo se realiza en la matriz de la mitocondria.
En el Ciclo de Krebs se consigue la oxidación total de los dos átomos de carbono del resto acetilo, que se eliminan en forma de CO2. Los electrones de alta energía obtenidos en las sucesivas oxidaciones se utilizan para formar NADH y FADH2, que luego entrarán en la cadena respiratoria (o cadena de transporte de electrones) para la producción de grandes cantidades de ATP.