Fotosíntesis: fase luminosa

» Descubre con este apasionante artículo todas y cada una de las etapas de la fase luminosa de la fotosíntesis. ¿Cómo se crea el oxígeno? ¿Es cierto que este proviene del agua? ¿Se convierte el dióxido de carbono en oxígeno?

Fotosíntesis plantas C4

Todo el mundo conoce la importancia de la fotosíntesis en el planeta Tierra, sabemos aquello de que las plantas producen el oxígeno que necesitamos para respirar y que absorben el CO2. También sabemos que es un proceso que depende de la luz solar, y para aprender más vamos a estudiar la fase luminosa de la fotosíntesis.

¿Qué es la fotosíntesis?

La fotosíntesis es el proceso mediante el cual los organismos vivos autótrofos son capaces de crear materia orgánica a partir de materia inorgánica gracias a la energía luminosa. En la siguiente fórmula química podemos especificar más este proceso: H2O + Luz + CO2 = C6H12O6

Los vegetales son unos de los grupos de organismos fotosintéticos más abundante y que liberan oxígeno a la atmosfera como producto de la fotosíntesis, este tipo de fotosíntesis es conocida como fotosíntesis oxigénica. Además de las plantas, las algas, las cianobacterias y las bacterias verdes-oxifotosintéticas también la realizan. Por otro lado, existe la fotosíntesis anoxigénica, en la que no se produce oxígeno y es llevada a cabo por bacterias anaerobias. Pero, para nuestro interés vamos a centrarnos únicamente en la fotosíntesis oxigénica.

El proceso de la fotosíntesis se puede dividir en dos fases, la primera fase es la fase luminosa en la cual se convierte la energía luminosa en energía química. La segunda fase, es la denominada fase oscura, en la que no se requiere luz y se producen una serie de reacciones para la síntesis de materia orgánica.

Hemos visto unas pinceladas de la fotosíntesis, pero tenemos una duda importante. ¿Dónde ocurre la fotosíntesis? Popularmente sabemos que en las hojas de las plantas. ¿Pero y celularmente hablando? Pues toda la maquinaria necesaria para que se lleve a cabo la fotosíntesis se encuentra en unos orgánulos subcelulares llamados cloroplastos, eso quiere decir, que los cloroplastos son los plastidios especializados en la función fotosintética en eucariotas, vamos a verlos mejor.

Cloroplastos: orgánulo fotosintético

Los cloroplastos están separados del citosol de las células por una doble membrana. La membrana interna del cloroplasto forma un complejo de membranas que se pliegan formando dobles membrana que se asemejan a láminas paralelas, denominados tilacoides. Estos pliegues hacen que se separen dos espacios, el lumen que corresponde al espacio interior que queda entre las membranas y el estroma que es el espacio acuoso interno del cloroplasto. En el estroma podemos encontrar toda la maquinaria molecular necesaria para llevarse a cabo la segunda fase de la fotosíntesis. Mientras que, en el lumen, se lleva a cabo la fotólisis del agua durante la fase luminosa, liberándose oxígeno.

Dado que vamos a analizar la fase luminosa de la fotosíntesis es de vital importancia recalcar en este punto que en las membranas de los tilacoides se encuentran cuatro complejos proteicos implicados en esta fase. Sigue leyendo y entenderás mejor de que te hablo.

Cloroplastos

Inicio de la fotosíntesis: fase luminosa

La fase luminosa es la primera fase de la fotosíntesis en la cual a partir de la energía lumínica se obtiene energía química como el ATP y las moléculas portadoras de energía, el NADPH. Consiste en una cadena transportadora de electrones en la que se genera un gradiente de concentración de protones necesario para la conversión de energía. La energía química obtenida en esta fase es necesaria para la fase oscura de la fotosíntesis.

De los cuatro complejos proteicos que participan, dos son fotosistemas los cuales contienen pigmentos fotosintéticos, como la clorofila, y son capaces de absorber y transformar la energía fotónica en energía química, son el fotosistema I y fotosistema II. Estos fotosistemas están constituidos por un elemento antena que contiene pigmentos fotosintéticos capaces de absorber fotones de la luz y transmitir la energía obtenida hasta el centro de reacción. Este centro de reacción está formado por un pigmento diana, el cual recibe la energía del elemento antena y lo cede al primer elemento de la cadena de transportadores de electrones.

Centrándonos en el proceso, según el orden en el que actúan durante la fotosíntesis, el primer fotosistema que encontramos es el fotosistema II, contrariamente a lo que podríamos imaginar. En este fotosistema se produce la hidrólisis del agua y la reducción de la plastoquinona, dando electrones y protones y la liberación de oxígeno molecular a la atmosfera: H2O + luz -> 2H+ + 2e- + 1/2O2

Una vez se ha producido la excitación en el fotosistema II, los electrones pasan por la cadena trasportadora de electrones. En primer lugar, como hemos nombrado anteriormente, se produce la reducción de la plastoquinona. Tras esta actúa el complejo citocromo b6f, el cual lleva a cabo la oxidación de esta plastoquinona y la reducción de la plastocianina, que posteriormente se oxidará en el fotosistema I.

El fotosistema I, interviene en la parte final de la transferencia electrónica tomando los electrones de la plastocianina, y de nuevo, gracias a la energía luminosa estos electrones son capturados por la ferredoxina, la cual los cede a la NADP+-reductasa y finalmente se obtiene NADPH.

Por último, todos los complejos que participan en la cadena trasportadora gracias a la energía liberada del proceso bombean protones desde el estroma hacía el interior de tilacoide. Este gradiente de protones es utilizado por la ATP sintasa, la cual transloca protones y esto implica que se genere la energía necesaria para fosforilar el ADP y sintetizar ATP.

El NADPH obtenido en el fotosistema I, junto al ATP formado, se utiliza en la fase oscura de la fotosíntesis.

Fotorespiración y ciclo de Calvin

Fase luminosa cíclica o no cíclica

La fase luminosa que hemos estudiado anteriormente corresponde a la fase luminosa cíclica, conocida como esquema en Z, en la que participan los dos fotosistemas y se produce ATP y NADPH. En cambio, en la fase luminosa no cíclica únicamente participa el fotosistema I, en el cual los electrones en vez de utilizarse para reducir el NADP, son utilizados nuevamente por el citocromo b6f el cual bombea protones al espacio tilacoidal. Estos protones son utilizados por la ATP sintasa para la síntesis de ATP. En esta fase no cíclica no se forma ni NADPH, ni oxígeno ni se hidroliza agua.

La finalidad de la fase luminosa no cíclica es la fabricación de ATP, sin NADPH, ya que en la fase oscura se necesita más ATP que NADPH.

Bibliografía:

  • Azcón-Bieto, J. & Talón, M. (2013). Fundamentos de fisiología vegetal. Madrid: McGraw-Hill-Interamericana de España, S.L.
  • Peretó, J.; Sendra, R.; Pamblanco, M. & Bañó, C. (2005). Fonaments de bioquímica. 5ª Edició. València: Universitat de València