18.7B: Fotosíntesis Oxígena: Reacciones Dependientes de la Luz

Objetivos de aprendizaje

1. Describir brevemente la función general de las reacciones dependientes de la luz en la fotosíntesis y el estado donde ocurren en el cloroplasto.
2. Anotar los reactivos y los productos para las reacciones dependientes de la luz.
3. Describir un complejo de antenas y establecer la función del centro de reacción.
4. Describir brevemente la función general del Fotosistema II en las reacciones fotodependientes de la luz de la fotosíntesis.
5. Describa brevemente cómo se genera ATP por la quimiósmosis durante las reacciones de fotosíntesis dependientes de la luz.
6. Describir brevemente la función general del Fotosistema I en las reacciones fotodependientes de la luz de la fotosíntesis.
7. Comparar la fotofosforilación no cíclica y la fotofosforilación cíclica en términos de Fotosistemas involucrados y productos producidos.

Figura\(\PageIndex{1}\): Complejo de antenas Cada complejo de antenas es capaz de atrapar luz y transferir energía a un complejo de moléculas de clorofila y proteínas llamado centro de reacción. Los fotones son absorbidos por la clorofila y los pigmentos accesorios y esa energía es finalmente transferida al centro de reacción donde es absorbida por un electrón excitable moviéndolo a un nivel de energía superior. Aquí el electrón puede ser aceptado por una molécula aceptora de electrones de una cadena de transporte de electrones donde la energía de la luz se convierte en energía química por la quimiósmosis

La reacción dependiente de la luz más común en la fotosíntesis se llama fotofosforilación no cíclica. La fotofosforilación no cíclica involucra tanto al fotosistema I como al fotosistema II y produce ATP y NADPH. Durante la fotofosforilación no cíclica, la generación de ATP se acopla a un flujo unidireccional de electrones de H ₂ O a NADP ⁺. Ahora veremos los Fotosistemas I y II y sus papeles en la fotofosforilación no cíclica.

Figura\(\PageIndex{3}\): Transporte de electrones y quimiósmosis durante la fotosíntesis 1. Como los fotones son absorbidos por las moléculas de pigmento en los complejos de antena del Fotosistema II, los electrones excitados del centro de reacción son captados por el aceptor de electrones primario de la cadena de transporte de electrones del Fotosistema II. Durante este proceso, el Fotosistema II divide las moléculas de H ₂ O en 1/2 O ₂, 2H ⁺ y 2 electrones. Estos electrones reemplazan continuamente a los electrones que se pierden por las moléculas de clorofila a P680 en los centros de reacción de los complejos de antena del Fotosistema II. 2. Durante este proceso, el ATP es generado por la cadena de transporte de electrones del Fotosistema II y la quimiósmosis. Según la teoría de la quimiósmosis, a medida que los electrones son transportados por la cadena de transporte de electrones, parte de la energía liberada se utiliza para bombear protones a través de la membrana tilacoidea desde el estroma del cloroplasto hasta el espacio interior del tilacoide produciendo un gradiente de protones o fuerza motriz protónica. A medida que los protones acumulados en el espacio interior tilacoides pasan de nuevo a través de la membrana tilacoidea al estroma a través de complejos de ATP sintetasa, esta fuerza motriz de protones se utiliza para generar ATP a partir de ADP y Pi. 3. En tanto, los fotones también están siendo absorbidos por moléculas de pigmento en el complejo de antenas del Fotosistema I y los electrones excitados del centro de reacción son captados por el aceptor de electrones primario de la cadena de transporte de electrones del Fotosistema I. Los electrones que se pierden por las moléculas de clorofila a P700 en los centros de reacción del Fotosistema I son reemplazados por los electrones que viajan por la cadena de transporte de electrones del Fotosistema II. Los electrones transportados por la cadena de transporte de electrones del Fotosistema I se combinan con 2H ⁺ del medio circundante y NADP ⁺ para producir NADPH + H ⁺.

Animación flash que ilustra el desarrollo de la fuerza motriz protónica como resultado de la quimiósmosis y la producción de ATP por ATP sintasa.

Versión html5 de animación para iPad que ilustra el desarrollo de la fuerza motriz protónica como resultado de la quimiósmosis y la producción de ATP por ATP sintasa.

2. En tanto, los fotones también están siendo absorbidos por moléculas de pigmento en el complejo de antenas del Fotosistema I y los electrones excitados del centro de reacción son captados por el aceptor de electrones primario de la cadena de transporte de electrones del Fotosistema I. Los electrones que se pierden por las moléculas de clorofila a P700 en los centros de reacción del Fotosistema I son reemplazados por los electrones que viajan por la cadena de transporte de electrones del Fotosistema II. Los electrones transportados por la cadena de transporte de electrones del Fotosistema I se combinan con 2H ⁺ del medio circundante y NADP ⁺ para producir NADPH + H ⁺ (Figura\(\PageIndex{2}\)).

Animación Flash de McGraw-Hill que ilustra el transporte de electrones fotosintéticos y la producción de ATP por ATP sintasa.

La fotofosforilación cíclica ocurre con menos frecuencia en las plantas que la fotofosforilación no cíclica, lo más probable es que ocurra cuando hay muy poco NADP ⁺ disponible. También se observa en ciertas bacterias fotosintéticas. La fotofosforilación cíclica implica solo el Fotosistema I y genera ATP pero no NADPH. A medida que los electrones del centro de reacción del Fotosistema I son captados por la cadena de transporte de electrones, son transportados de regreso al centro de reacción clorofila. A medida que los electrones son transportados por la cadena de transporte de electrones, parte de la energía liberada se utiliza para bombear protones a través de la membrana tilacoidea desde el estroma del cloroplasto hasta el espacio interior del tilacoide produciendo un gradiente de protones o fuerza motriz protónica. A medida que los protones acumulados en el espacio interior tilacoides pasan de nuevo a través de la membrana tilacoidea al estroma a través de complejos de ATP sintetasa, esta energía se utiliza para generar ATP a partir de ADP y P i (Figura\(\PageIndex{4}\)).

Animación Flash de McGraw-Hill que ilustra fotofosforilación cíclica y no cíclica.

Resumen

1. 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.
2. 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.
3. La fotosíntesis oxigénica se compone de dos etapas: las reacciones dependientes de la luz y las reacciones independientes de la luz.
4. Las reacciones dependientes de la luz convierten la energía lumínica en energía química, produciendo ATP y NADPH.
5. Las reacciones dependientes de la luz se pueden resumir de la siguiente manera: 12 H ₂ O ⁺ 12 NADP + 18 ADP + 18 P _i + luz y clorofila produce 6 O ₂ + 12 NADPH + 18 ATP.
6. La reacción dependiente de la luz más común en la fotosíntesis se llama fotofosforilación no cíclica.
7. Durante las reacciones no cíclicas dependientes de la luz de fotofosforilación, los fotones son absorbidos por las moléculas de pigmento en los complejos de antena del Fotosistema II, y los electrones excitados del centro de reacción son captados por el aceptor de electrones primario de la cadena de transporte de electrones del Fotosistema II. Durante este proceso, el Fotosistema II divide las moléculas de H ₂ O en 1/2 O ₂, 2H ⁺ y 2 electrones.
8. Según la teoría de la quimiósmosis, a medida que los electrones son transportados por la cadena de transporte de electrones, parte de la energía liberada se utiliza para bombear protones a través de la membrana tilacoidea desde el estroma del cloroplasto hasta el espacio interior del tilacoide produciendo un gradiente de protones o motivo protónico fuerza. A medida que los protones acumulados en el espacio interior tilacoides pasan de nuevo a través de la membrana tilacoidea al estroma a través de complejos de ATP sintetasa, esta fuerza motriz de protones se utiliza para generar ATP a partir de ADP y Pi.
9. En tanto, los fotones también están siendo absorbidos por moléculas de pigmento en el complejo de antenas del Fotosistema I y los electrones excitados del centro de reacción son captados por el aceptor de electrones primario de la cadena de transporte de electrones del Fotosistema I. Los electrones que se pierden por las moléculas de clorofila en los centros de reacción del Fotosistema I son reemplazados por los electrones que viajan por la cadena de transporte de electrones del Fotosistema II. Los electrones transportados por la cadena de transporte de electrones del Fotosistema I se combinan con 2H ⁺ del medio circundante y NADP ⁺ para producir NADPH + H ⁺.