Comprendiendo la Fotosíntesis: Las Fases Clave y Procesos

Edgar Cota da la bienvenida a los espectadores a la novena revisión de video del curso de biología, centrándose en el tema del metabolismo celular. La discusión se centra en el proceso de la fotosíntesis, que es un proceso anabólico que implica la formación de glucosa por organismos que contienen clorofila como plantas, algas y cianobacterias.

La clorofila, un pigmento fundamental que contiene magnesio, carotenoides y polipéptidos, desempeña un papel crucial en la fotosíntesis. Los organismos con clorofila, como las plantas, las algas y las cianobacterias, convierten la energía lumínica en energía química para producir glucosa y liberar oxígeno como subproducto.

La ecuación de la fotosíntesis requiere dióxido de carbono, agua y luz para producir glucosa y oxígeno. El equilibrio de la ecuación asegura que los átomos en los productos coincidan con los de los reactivos, con ratios específicos como 1 mol de glucosa que requiere 6 moles de dióxido de carbono.

El cloroplasto, un orgánulo fotosintético, consta de una membrana externa, una membrana interna y un espacio interno llamado estroma. Pilas de discos conocidos como grana contienen estructuras importantes como los fotosistemas, esenciales para el proceso de la fotosíntesis.

Los cloroplastos consisten en discos de tilacoides apilados uno encima del otro, conocidos como grana. Dentro del cloroplasto, hay un compartimento llamado estroma. Estas grana descansan sobre una estructura llamada lamela, que las conecta. Es esencial recordar que los cloroplastos contienen ADN, ribosomas y funcionan como un orgánulo semi-autónomo.

La fotosíntesis comprende dos fases principales: la fase dependiente de la luz y la fase independiente de la luz. La fase dependiente de la luz ocurre en la membrana tilacoide y requiere luz, produciendo productos como NADPH y ATP. El oxígeno se libera como subproducto en esta fase. La fase independiente de la luz, también conocida como ciclo de Calvin, tiene lugar en el estroma y no requiere luz. Su principal producto es la glucosa.

La clorofila es el pigmento principal en la fotosíntesis, que contiene magnesio, carotenoides y polipéptidos. Absorbe la luz roja y azul mientras refleja la luz verde. Este patrón de absorción permite que la clorofila absorba mejor la luz azul y roja, esencial para la fotosíntesis.

La fotosíntesis implica reacciones en los grana (dependientes de la luz) y en el estroma (independientes de la luz). Las reacciones dependientes de la luz ocurren en las membranas de los tilacoides, mientras que las reacciones independientes de la luz ocurren en el estroma. Esta distinción da origen a los términos 'fase luminosa' y 'fase oscura' de la fotosíntesis.

La membrana tilacoide contiene fotosistemas, como el Fotosistema 1 (PS1) y el Fotosistema 2 (PS2). PS2 tiene una capacidad de P680, mientras que PS1 tiene una capacidad de P700. Estos fotosistemas desempeñan un papel crucial en las reacciones dependientes de la luz de la fotosíntesis.

Durante la fotosíntesis, el agua sufre un proceso de desintegración, produciendo un mol de oxígeno y dos protones. Esta división del agua es un paso vital en la producción de oxígeno durante el proceso fotosintético.

Cuando el agua se divide, genera tres cosas: media mol de oxígeno, iones de hidrógeno y electrones liberados. Los electrones viajan a través del fotosistema 2 (P 680) después de ser liberados por el fotosistema 2 excitado.

Fotosistema 2 (P 680) se activa con la luz, lo que hace que libere electrones. Estos electrones perdidos son reemplazados por agua, lo que a su vez lleva a que los electrones viajen a través de transportadores de electrones como plastoquinona, citocromo b6f y plastocianina antes de llegar al fotosistema 1.

Antes de llegar al fotosistema 1 (P 700), los iones de hidrógeno del exterior entran en el espacio tilacoide, aprovechando el gradiente electroquímico. Los electrones liberados por el fotosistema 2 viajan a través de varios transportadores de electrones hasta llegar al fotosistema 1.

Fotosistema 1 (P 700) también se activa por la luz, lo que lleva al transporte de electrones por el complejo ferredoxina-NADP reductasa. Este complejo transfiere electrones a NADP+ para formar NADPH, un paso crucial en el proceso fotosintético.

Los electrones liberados por el fotosistema 1 son transferidos a ferredoxina, la cual luego los pasa a NADP+ para formar NADPH. Simultáneamente, los iones de hidrógeno que entraron al espacio tilacoide anteriormente salen, generando una carga eléctrica que impulsa la producción de ATP a través de la ATP sintasa.

La luz llega al Fotosistema 2 (PS2) en P680, liberando electrones que son reemplazados por agua. Los electrones viajan a través de varios transportadores como citocromo b6 y plastocianina. Se establece un gradiente de protones en el citocromo b6, permitiendo que los iones de hidrógeno entren en el espacio. Los electrones se mueven al Fotosistema 1 (PS1) en P700, donde son transferidos a ferredoxina (Fd) y luego a NADP+ para formar NADPH. El ATP se sintetiza a través de la ATP sintasa, utilizando el gradiente de protones, lo que resulta en la producción de ATP y NADPH como productos de la fotosíntesis.

Las fases de las reacciones de luz en la fotosíntesis incluyen fotoexcitación, fotorreducción, fotólisis del agua y fotofosforilación. La fotoexcitación ocurre cuando los fotosistemas son excitados por la luz, mientras que la fotorreducción implica la donación de electrones. La fotólisis del agua se refiere a la división de las moléculas de agua, y la fotofosforilación implica la fosforilación de ADP para formar ATP utilizando energía lumínica.

Las reacciones oscuras de la fotosíntesis, conocidas como el Ciclo de Calvin, ocurren en el estroma. El dióxido de carbono (CO2) se combina con ribulosa-1,5-bisfosfato (RuBP) en presencia de la enzima rubisco para formar 3-fosfoglicerato (3-PGA). A través de una serie de reacciones, el 3-PGA se convierte en gliceraldehído-3-fosfato (G3P) utilizando ATP y NADPH generados en las reacciones de luz. El G3P luego puede ser utilizado para regenerar RuBP y continuar el ciclo.

El proceso de fotosíntesis implica la conversión de glucosa a partir de 32 fato, que se divide en glucosa y se regenera en fosfato de ribosa o monofosfato de ribosa. Para convertirse en dos fosfatos, se necesita ATP para ganar un nuevo átomo de fósforo, lo que resulta en la formación de dos átomos de fósforo.

En la ecuación de la fotosíntesis, se requieren 12 moléculas de CO2, lo que resulta en la generación de 12 fosos visceral de, 12 ácidos o soviéticos y 12 fósforo glicerol de, totalizando 36 átomos de carbono. Cada molécula con 3 carbonos multiplicada por 12 moléculas da como resultado 36 átomos de carbono.

Desde el fósforo literalmente ido del pedal, se libera glucosa con 6 carbonos. Restando estos 6 carbonos del total de 36 carbonos, quedan 30 carbonos. Esto resulta en la formación de 10 moléculas de fósforo grisar aldehído y 6 moléculas de fosfato de rigorosa, totalizando 30 átomos de carbono.

Las reacciones oscuras, también conocidas como el ciclo de Calvin, involucran múltiples etapas como activación, fijación, reducción, síntesis y regeneración. La activación ocurre al ganar un átomo de fósforo, la fijación une CO2, la reducción gana electrones, la síntesis produce glucosa y la regeneración reabastece el ciclo.

En resumen, el proceso de fotosíntesis implica tanto reacciones de luz como reacciones oscuras. Las reacciones de luz ocurren en el fotosistema uno cuando se absorbe la luz, mientras que las reacciones oscuras involucran múltiples etapas como activación, fijación, reducción, síntesis y regeneración para producir glucosa y regenerar el ciclo.

Durante la fotosíntesis, la luz excita el fotosistema, lo que lleva a la transferencia de electrones y la división del agua. Este proceso libera iones de hidrógeno, oxígeno y electrones. Los electrones son capturados por el fotosistema 2, que luego los pasa al fotosistema 1 y al NADP+ para formar ATP y NADPH.

La liberación de iones de hidrógeno durante la fotosíntesis permite la producción de ATP a través de la fosforilación. Este proceso ocurre en la fase luminosa, involucrando la fotoexcitación, fotorreducción, fotólisis del agua y fotofosforilación.

El Ciclo de Calvin, también conocido como fase oscura, comienza con la fijación de CO2 por la ribulosa-1,5-bifosfato carboxilasa/oxigenasa (rubisco). Esta enzima facilita la unión de CO2 y ribulosa-1,5-bifosfato para formar fosfoglicerato, lo que eventualmente lleva a la síntesis de glucosa y la regeneración de ribulosa-1,5-bifosfato.

El Ciclo de Calvin consta de cinco etapas: activación, fijación, reducción, síntesis y regeneración. Estas etapas implican la conversión de ribulosa-1,5-bisfosfato a fosfoglicerato, la fijación de CO2, la ganancia de electrones, la síntesis de glucosa y la regeneración de ribulosa-1,5-bisfosfato para continuar el ciclo.

El proceso discutido representa la fase anabólica del metabolismo celular, donde la energía de la fotosíntesis se utiliza para sintetizar glucosa a través del Ciclo de Calvin. Esta fase es crucial para la producción de compuestos orgánicos necesarios para las funciones celulares.