La diferencia entre la fotofosforilación cíclica y acíclica
La mayoría de los materiales orgánicos que necesitan los organismos se crean a partir de los productos de la fotosíntesis. La fotosíntesis es la conversión de energía luminosa en energía que la célula puede utilizar, especialmente energía química. En plantas y algas, la fotosíntesis tiene lugar en un orgánulo llamado cloroplasto, que consta de una membrana externa, una membrana interna y una membrana tilacoidal (https://en.wikipedia.org/wiki/Chloroplast).
La fotosíntesis se puede dividir en dos partes principales: (1) las reacciones de fotosíntesis de transferencia de electrones («reacciones luminosas») y (2) las reacciones de fijación de carbono («reacciones oscuras»). Las «reacciones de la luz» implican que la luz solar energice electrones en el pigmento fotosintético clorofila, que luego viajan a lo largo de una cadena de transporte de electrones en la membrana tilacoide, lo que da como resultado la formación de ATP y NADPH. Las «reacciones oscuras» implican la producción de compuestos orgánicos a partir de CO2 utilizando ATP y NADPH producidos por las «reacciones luminosas» y no se discutirán más en este artículo.
La fotosíntesis implica el uso de dos fotosistemas (fotosistema I y fotosistema II) aprovechan la energía de la luz usando electrones para producir ATP y NADPH, que luego la célula puede usar como energía química para producir compuestos orgánicos. Los fotosistemas son grandes complejos de proteínas que se especializan en recolectar energía luminosa y convertirla en energía química. Los fotosistemas constan de dos partes: un complejo de antenas y un centro de reacción fotoquímica. El complejo de antenas es importante para capturar la energía de la luz y transmitir esa energía al centro de reacción fotoquímica, que luego convierte la energía en formas utilizables para la célula.
Primero, la luz excita un electrón dentro de una molécula de clorofila en un complejo de antena. Esto involucra un fotón de luz que hace que un electrón se mueva a una órbita de mayor energía. Cuando se emite un electrón en una molécula de clorofila, es inestable en el orbital de alta energía y la energía se transfiere rápidamente de una molécula de clorofila a otra a través de la transferencia de energía de resonancia hasta que llega a las moléculas de clorofila en un área conocida como el centro de reacción fotoquímica. Desde aquí, los electrones emitidos pasan a una cadena de aceptores de electrones. La energía de la luz es causada por la transferencia de un electrón de un donante de electrones débil (que tiene una fuerte afinidad por los electrones) a un donante de electrones fuerte en su forma reducida (que lleva un electrón de alta energía). Los donantes de electrones particulares utilizados por un organismo o fotosistema particular pueden variar y se discutirán más adelante en relación con los fotosistemas I y II en las plantas.
En las plantas, la fotosíntesis produce ATP y NADPH a través de un proceso llamado proceso de dos pasos. fotofosforilación no cíclica. El primer paso de la fotofosforilación no cíclica implica el fotosistema II. Los electrones de alta energía (debido a la energía de la luz) se transfieren desde las moléculas de clorofila en el centro de la reacción en el fotosistema II a las moléculas de quinona (fuertes donantes de electrones). Photosystem II utiliza agua como donante de electrones débil para reemplazar los déficits de electrones causados por la transferencia de electrones de alta energía de las moléculas de clorofila a las moléculas de quinona. Esto lo hace una enzima que divide el agua y permite que se eliminen electrones de las moléculas de agua para reemplazar los electrones transferidos de la molécula de clorofila. Cuando se eliminan 4 electrones de dos moléculas de H2O (correspondientes a 4 fotones), se libera O2. Las moléculas de quinona reducidas luego pasan los electrones de alta energía a una bomba de protones (H+) llamada citocromo. b6– f Complicado el citocromo b6– f complejo bombea H+ en el espacio tilacoide, creando un gradiente de concentración a través de la membrana tilacoide.
Ese gradiente de protones impulsa la síntesis de ATP por la enzima ATP sintasa (también conocida como F0F1 ATPasa). La ATP sintasa proporciona un medio para que los iones H+ viajen a través de la membrana tilacoide, a favor de su gradiente de concentración. El movimiento de los iones H+ a favor de su gradiente de concentración impulsa la formación de ATP a partir de ADP y Pi (fosfato inorgánico) por la ATP sintasa. La ATP sintasa se encuentra en bacterias, arqueas, plantas, algas y células animales y desempeña un papel en la respiración y la fotosíntesis (https://en.wikipedia.org/wiki/ATP_synthase).
La transferencia de electrones final del fotosistema II es la transferencia de un electrón a una molécula de clorofila deficiente en electrones en el centro de la reacción en el fotosistema I. Un electrón excitado (causado por la energía de la luz) se transfiere desde la molécula de clorofila en el centro de la reacción en el fotosistema I a a. una molécula llamada feroxina. Desde allí, el electrón se transfiere a NADP+ para formar NADPH.
Fotofosforilación no cíclica produce una molécula de ATP y una molécula de NADPH por par de electrones; pero la fijación de carbono requiere 1,5 moléculas de ATP por molécula de NADPH. Para abordar este problema y producir más moléculas de ATP, algunas especies de plantas usan un proceso llamado fotofosforilación cíclica. La fotofosforilación cíclica involucra solo el fotosistema I, no el fotosistema II, y no forma NADPH ni O2. En la fosforilación cíclica, los electrones de alta energía se transfieren del fotosistema I al citocromo. b6– f complejo en lugar de transferirse a NADP+. Los electrones pierden energía al atravesar el citocromo. b6– f El complejo vuelve a la clorofila en el fotosistema I y, como resultado, se bombea H+ a través de la membrana tilacoide. Esto aumenta la concentración de H+ en el espacio tilacoidal, lo que impulsa la producción de ATP por parte de la ATP sintasa.
El nivel de fotofosforilación no cíclica versus cíclica que ocurre en una célula fotosintética determinada se regula en función de las necesidades de la célula. De esta forma, la célula puede controlar cuánta energía luminosa convierte en poder reductor (alimentado por NADPH) y cuánta se convierte en enlaces de fosfato de alta energía (ATP).
