18.7A: Introducción a la Fotosíntesis
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- Defina lo siguiente:
- fotoautótrofo oxigénico
- fotoautótrofo anoxigénico
- fotón
- Nombrar las dos etapas de la fotosíntesis.
- Indicar cómo viajan todas las radiaciones en el espectro electromagnético.
- Indicar lo que constituye la luz visible.
- Definir fotones y describir lo que sucede cuando los fotones de energía de luz visible golpean ciertos átomos de pigmentos durante la fotosíntesis y cómo esto puede conducir a la generación de ATP.
- Describir la estructura de un cloroplasto y enumerar los pigmentos que puede contener.
- Dar la reacción general para la fotosíntesis.
- Indicar los reactivos y los productos para la fotosíntesis e indicar cuáles se oxidan y cuáles se reducen.
Los autótrofos son organismos que son capaces de sintetizar moléculas orgánicas a partir de materiales inorgánicos. Los fotoautótrofos absorben y convierten la energía luminosa en la energía almacenada de los enlaces químicos en moléculas orgánicas a través de un proceso llamado fotosíntesis.
Las plantas, algas y bacterias conocidas como cianobacterias son conocidas como fotoautótrofos oxigénicos porque sintetizan moléculas orgánicas a partir de materiales inorgánicos, convierten la energía de la luz en energía química, usan el agua como fuente de electrones y generan oxígeno como producto final de la fotosíntesis. Algunas bacterias, como las bacterias verdes y moradas, se conocen como fototrofos anoxígenos. A diferencia de las plantas oxigénicas, algas y cianobacterias, los fototrofos anoxígenos no utilizan el agua como fuente de electrones y, por lo tanto, no evolucionan oxígeno durante la fotosíntesis. Los electrones provienen de compuestos como gas hidrógeno, sulfuro de hidrógeno y moléculas orgánicas reducidas. En esta sección de fotosíntesis, nos preocupamos por los fototrofos oxígenos.
Hay tres grupos principales de bacterias fotosintéticas: cianobacterias, bacterias moradas y bacterias verdes.
1. Las cianobacterias realizan fotosíntesis oxigénica, es decir, utilizan agua como donante de electrones y generan oxígeno durante la fotosíntesis. El sistema fotosintético se localiza en un extenso sistema de membrana tilacoidea que está revestido con partículas llamadas ficobilisomas.
Las cianobacterias, así como las algas y las plantas verdes, utilizan átomos de hidrógeno del agua para reducir el dióxido de carbono y formar carbohidratos, y durante este proceso se desprende gas oxígeno (un proceso oxigénico). Las cianobacterias fueron los primeros organismos en la tierra en realizar fotosíntesis oxigénica. (izquierda) Anabaena flosaquae y (derecha) Oscillatoria princeps. Imágenes utilizadas con permiso (Anabaena es de dominio público de la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos y Oscillatoria es CC BY-SA 3.0; Kristian Peters).
2. Las bacterias verdes realizan fotosíntesis anoxígena. Utilizan moléculas reducidas como H 2, H 2 S, S y moléculas orgánicas como fuente de electrones y generan NADH y NADPH. El sistema fotosintético se localiza en vesículas elipsoidales llamadas clorosomas que son independientes de la membrana citoplásmica.
3. Las bacterias moradas realizan fotosíntesis anoxígena. Utilizan moléculas reducidas como H 2, H 2 S, S y moléculas orgánicas como fuente de electrones y generan NADH y NADPH. El sistema fotosintético se localiza en sistemas de membrana esférica o lamelar que son continuos con la membrana citoplásmica.
En esta sección nos concentraremos en la fotosíntesis oxigénica. La fotosíntesis oxigénica se compone de dos etapas: las reacciones dependientes de la luz y las reacciones independientes de la luz.
1. Las reacciones dependientes de la luz convierten la energía lumínica en energía química, produciendo ATP y NADPH.
2. Las reacciones independientes de la luz utilizan el ATP y el NADPH de las reacciones dependientes de la luz para reducir el dióxido de carbono y convertir la energía en la energía de enlace químico en carbohidratos como la glucosa. Sin embargo, antes de llegar a estas reacciones fotosintéticas, necesitamos entender un poco sobre el espectro electromagnético y los cloroplastos.
El espectro electromagnético
Las membranas tilacoides contienen varios pigmentos capaces de absorber la luz visible. La clorofila es el pigmento primario de la fotosíntesis. La clorofila absorbe la luz en la región azul y roja del espectro de luz visible y refleja la luz verde. Hay dos tipos principales de clorofila, la clorofila a que inicia las reacciones fotodependientes de la luz de la fotosíntesis, y la clorofila b, un pigmento accesorio que también participa en la fotosíntesis. Las membranas tilacoides también contienen otros pigmentos accesorios. Los carotenoides son pigmentos que absorben la luz azul y verde y reflejan amarillo, naranja o rojo. Las ficocianinas absorben la luz verde y amarilla y reflejan azul o púrpura. Estos pigmentos accesorios absorben la energía de la luz y la transfieren a la clorofila.
Las células procariotas fotosintéticas no poseen cloroplastos. En cambio, las membranas tilacoides suelen estar dispuestas alrededor de la periferia de la bacteria como infiltraciones de la membrana citoplásmica.
Fotosíntesis
Como se mencionó anteriormente, los fotoautótrofos utilizan la luz solar como fuente de energía y a través del proceso de fotosíntesis, reducen el dióxido de carbono para formar carbohidratos como la glucosa. La energía radiante se convierte en la energía de enlace químico dentro de la glucosa y otras moléculas orgánicas.
La reacción general para la fotosíntesis es la siguiente:
Nótese que el dióxido de carbono (CO 2) se reduce para producir glucosa (C 6 H 12 O 6) mientras que el agua (H 2 O) se oxida para producir oxígeno (O 2).
Enlaces externos
- Película de YouTube sobre la estructura y funciones de los cloroplastos.
Resumen
- Los autótrofos son organismos que son capaces de sintetizar moléculas orgánicas a partir de materiales inorgánicos.
- Los fotoautótrofos absorben y convierten la energía luminosa en la energía almacenada de los enlaces químicos en moléculas orgánicas a través de un proceso llamado fotosíntesis.
- Las plantas, algas y cianobacterias son conocidas como fotoautótrofos oxigénicos porque sintetizan moléculas orgánicas a partir de materiales inorgánicos, convierten la energía de la luz en energía química, usan el agua como fuente de electrones y generan oxígeno como producto final de la fotosíntesis.
- Las bacterias verdes y moradas, son conocidas como fototrofos anoxígenos que no utilizan el agua como fuente de electrones y, por lo tanto, no evolucionan oxígeno durante la fotosíntesis. Los electrones provienen de compuestos como gas hidrógeno, sulfuro de hidrógeno y moléculas orgánicas reducidas.
- La fotosíntesis oxigénica se compone de dos etapas: las reacciones dependientes de la luz y las reacciones independientes de la luz.
- Las reacciones dependientes de la luz convierten la energía lumínica en energía química, produciendo ATP y NADPH.
- Las reacciones independientes de la luz utilizan el ATP y el NADPH de las reacciones dependientes de la luz para reducir el dióxido de carbono y convertir la energía en la energía de enlace químico en carbohidratos como la glucosa.
- La luz y otros tipos de radiación están compuestos por paquetes individuales de energía llamados fotones. Cuando los fotones de energía de luz visible golpean ciertos átomos de pigmentos durante la fotosíntesis, esa energía puede empujar un electrón de ese átomo a un nivel de energía más alto donde puede ser captado por un aceptor de electrones en una cadena de transporte de electrones.
- En las células eucariotas, la fotosíntesis se realiza en orgánulos llamados cloroplastos.
- La membrana interna de un cloroplasto encierra una región llena de líquido llamada estroma que contiene enzimas para las reacciones de fotosíntesis independientes de la luz.
- El plegado de esta membrana interna forma pilas interconectadas de sacos en forma de disco llamados tilacoides. La membrana tilacoidea, que encierra un espacio interior de tilacoides lleno de fluido, contiene clorofila y otros pigmentos fotosintéticos, así como cadenas de transporte de electrones. Las reacciones de fotosíntesis dependientes de la luz ocurren en los tilacoides.
- La reacción global para la fotosíntesis es la siguiente: 6 CO 2 + 12 H 2 O en presencia de luz y rendimientos de clorofila C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 + 6 H 2 O.