Mecanismos Bioquímicos de la Fotosíntesis: Fases Luminosas, Ciclo de Calvin y Rutas de Fermentación
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Fases de la Fotosíntesis: Reacciones Luminosas y Oscuras
1. Fase Dependiente de la Luz (Reacciones Luminosas)
Fotofosforilación (Fase Cíclica y Acíclica)
En las plantas superiores existen dos tipos de clorofila: clorofila A y clorofila B, distribuidas en dos fotosistemas: el Fotosistema I (PSI) y el Fotosistema II (PSII).
Las reacciones luminosas comienzan con la absorción de la luz por parte del Fotosistema II. La molécula de clorofila cede un electrón de su última órbita y lo envía al sistema de transporte de electrones (ETC) de dicho fotosistema. A medida que los electrones pasan, se libera energía, la cual se utiliza para crear un gradiente del ion de hidrógeno (protones) que llevará a cabo la síntesis de ATP.
Simultáneamente, en el Fotosistema I, la luz incide sobre la molécula de clorofila, cediendo un electrón de su última órbita, el cual es captado por la cadena transportadora de electrones. Los electrones perdidos en el PSI son reemplazados por los que provienen del sistema de transporte del Fotosistema II. Parte de esa energía es captada por el NADPH. En esta etapa se forman ATP y NADPH.
Fotólisis de la Molécula de Agua
La clorofila, desprovista de electrones en el Fotosistema II, obtiene electrones de la molécula de agua. De esta forma, el agua actúa como donadora de electrones. El oxígeno liberado puede quedarse en la planta e intervenir en su propia respiración celular o pasar a la atmósfera, mientras que el hidrógeno (protones) es almacenado para la siguiente reacción.
La fotólisis del agua es importante porque genera la ruptura de la molécula de agua, liberando protones (H+) necesarios para el Ciclo de Calvin y para la reducción de NADP+ a NADPH.
2. Fase Independiente de la Luz (Ciclo de Calvin-Benson)
El CO₂ llega a los cloroplastos a través de los estomas, que se encuentran en mayor cantidad en las hojas.
El proceso se inicia cuando un azúcar de 5 carbonos, la Ribulosa-1,5-difosfato (RuDP), se combina con el CO₂ mediante la enzima Ribulosa-1,5-difosfato carboxilasa/oxigenasa (Rubisco). Esto forma un compuesto intermedio de 6 carbonos que, por ser muy inestable, reacciona inmediatamente con el agua para formar dos moléculas de Ácido 3-Fosfoglicérico (3-PGA), cada una con 3 carbonos.
El Ácido 3-Fosfoglicérico (3-PGA), mediante una serie de reacciones enzimáticas y la unión del ATP y el NADPH obtenidos de la fase luminosa, se transforma en Fosfogliceraldehído (PGAL). Este se transforma en el azúcar inicial de 5 carbonos (RuDP) para continuar el ciclo, o se utiliza para obtener glucosa o almidón, o para modificarse en aminoácidos, lípidos, etc.
Estudio de Caso: Fermentación (Laboratorio)
El gas sube porque tiende a ocupar todo el volumen disponible. La solución es espumosa, densa y espesa, con un olor parecido al de la cerveza, indicando una fermentación alcohólica suave. El calentamiento acelera la respiración (o fermentación), debido al CO₂ liberado.
Rutas Metabólicas de la Fermentación
- ¿Cuál es la ruta metabólica usada por las levaduras? Fermentación Alcohólica.
- ¿Ruta utilizada por las bacterias para hacer yogur? Fermentación Homoláctica.
Proceso de Producción de Yogur
Las bacterias transforman la leche en yogur. A mayor concentración de azúcar, mayor es la fermentación, lo que produce más ácido láctico y, por ende, un yogur más ácido.