6.1: Introducción

Cloroplastos

Crédito: elvinsong [CC-BY-SA 3.0]

Los cloroplastos surgieron a través de un segundo evento endosimbiótico en plantas y diversos protistas. Estos orgánulos de recolección de luz comparten una similitud en estructura y genoma con cianobacterias fotoautótrofas.

Cosecha Ligera

Las membranas tilacoides de cloroplastos y cianobacterias proporcionan área de superficie adicional para que ocurra la captura de energía de la luz. Las reacciones dependientes de la luz en cloroplastos utilizan dos complejos proteicos denominados Fotosistema I (PSI) y Fotosistema II (PSII) localizados en las membranas tilacoides. En el centro de cada fotosistema se encuentran los fotopigmentos optimizados para absorber longitudes de onda específicas de la luz. Cuando la luz es absorbida en un fotosistema, un electrón es excitado y transferido a la cadena de transporte de electrones. En PSII, el electrón se regenera dividiendo dos moléculas de agua en 4H ⁺ + 4e ^— + O ₂. A medida que los electrones se mueven a través del ETC, los protones son bombeados al espacio tilacoide. El ETC conduce a la reducción de un portador de electrones de alta energía NADP ⁺ a NADPH. Dado que esta vía utiliza el consumo de agua en una reacción química, la aparente pérdida de agua en el espacio tilacoide se conoce como quimiósmosis.

La PSI también se conoce como la vía cíclica ya que el electrón excitado corre a través de un circuito cerrado del ETC para regenerar el electrón perdido. Este circuito cerrado también genera un gradiente de protones a través de la alimentación de una bomba de protones pero no conduce a la reducción del NADPH. Al igual que con la bomba de protones alimentada por ETC en las mitocondrias, el gradiente de protones se usa para alimentar ATP-sintasa en la producción de moléculas de ATP.

Reacciones independientes de la luz

Crédito: Mike Jones [CC-BY-SA 3.0]

Las reacciones independientes de la luz también se conocen como reacciones oscuras o ciclo de Calvin y utilizan el ATP y NADPH de las reacciones dependientes de la luz para fijar CO ₂ gaseoso en esqueléticos de carbohidratos. La fotosíntesis suele simplificarse en 6CO ₂ + 6H ₂ O + luz —> C ₆ H ₁₂ O ₆ + 6O ₂. Sin embargo, el verdadero producto es el 3-fosfoglicerato que se puede utilizar para generar carbohidratos más largos como la glucosa. El punto de partida de la fijación de carbono es el carbohidrato Ribulosa 1,5-bisfosfato. La enzima Ribulosa Bisfosfato Carboxilasa (RuBisCO) captura una molécula de CO ₂ sobre Ribulosa 1,5-bisfosfato para generar 2 moléculas de 3-fosfoglicerato que pueden ingresar al proceso de gluconeogénesis para generar glucosa. El ATP de las reacciones de luz puede facilitar la conversión de 3-fosfoglicerato a 1,3 bisfosfosglicerato que puede ser reducido por NADPH a gliceraldehído-3-fosfato (G3P). El G3P se puede usar para regenerar el 1,5-bisfosfato de Ribulosa.

1: Fijación de carbono por Rubisco

2: Reducción por NADPH

3: Ribulosa, regeneración de 5-bisfosfato

El Gran Evento de Oxigenación

Dos estimaciones de la evolución del O ₂ atmosférico. Las líneas superior roja e inferior verde representan el rango de las estimaciones. La etapa 1 (3.85—2.45 Ga) representa la atmósfera reductora primordial. La etapa 2 (2.45—1.85 Ga) coincide con la aparición de cianobacterias oceánicas donde O ₂ estaba siendo absorbido por los océanos y sedimentos. O ₂ escapó de los océanos durante la Etapa 3 (1.85—0.85 Ga). O ₂ sumideros llenados en la Etapa 4 (0.85—0.54 Ga) y Etapa 5 (0.54 Ga—Presente) dando lugar a la acumulación atmosférica.

Las formaciones de hierro bandeado en rocas de 2.1 mil millones de años ilustran la oxidación del hierro oceánico disuelto que precipitó en respuesta a la acumulación de concentraciones de O ₂.

El Ciclo del Carbono ilustra el secuestro y liberación de carbono entre varios sumideros de carbono.

Proyección de acumulación atmosférica de CO ₂ sin reducción de reducción de combustibles fósiles por parte de la NASA.