FASE LLUMINOSA DE LA FOTOSÍNTESI: MECANISME I PRODUCTES - BIOLOGIA - 2025

La fase lluminosa de la fotosíntesi és aquella part de l'procés fotosintètic que requereix la presència de llum. Així, la llum comença reaccions que resulten en la transformació de part de l'energia lumínica en energia química.

Les reaccions bioquímiques tenen lloc en els tilacoides de l'cloroplast, on es troben els pigments fotosintètics que són excitats per la llum. Aquests són la clorofil·la a, la clorofil·la by els carotenoides.

Fase lluminosa i fase fosca. Maulucioni, from Wikimedia Commons

Perquè tinguin lloc les reaccions dependents de la llum es requereixen diversos elements. És necessària una font de llum dins de l'espectre visible. Igualment, es necessita la presència d'aigua.

La fase lluminosa de la fotosíntesi té com a producte final la formació d'ATP (trifosfat d'adenosina) i NADPH (fosfat de dinucleòtid de nicotinamida i adenina). Aquestes molècules són utilitzades com a font d'energia per a la fixació de l'CO ₂ en la fase fosca. Així mateix, durant aquesta fase s'allibera O ₂, producte del trencament de la molècula d'H ₂ O.

requeriments

Perquè puguin ocórrer les reaccions dependents de la llum en la fotosíntesi, es requereix comprendre les propietats de la llum. Igualment, cal conèixer l'estructura dels pigments involucrats.

la llum

La llum té propietats tant d'ona com de partícula. L'energia arriba a la Terra des del sol en forma d'ones de diferents longituds, conegut com espectre electromagnètic.

Aproximadament el 40% de la llum que arriba a el planeta és llum visible. Aquesta es troba en longituds d'ona entre 380-760 nm. Inclou tots els colors de l'arc de sant Martí, cadascun amb una longitud d'ona característica.

Les longituds d'ona més eficients per a la fotosíntesi són les de l'violeta a el blau (380-470 nm) i de l'vermell-ataronjat a l'vermell (650-780 nm).

La llum també té propietats de partícula. Aquestes partícules s'anomenen fotons i estan associats a una longitud d'ona específica. L'energia de cada fotó és inversament proporcional a la seva longitud d'ona. A menor longitud d'ona, major energia.

Quan una molècula absorbeix un fotó d'energia lumínica, un dels seus electrons s'energiza. L'electró, pot deixar l'àtom i ser rebut per una molècula acceptora. Aquest procés ocorre en la fase lumínica de la fotosíntesi.

els pigments

A la membrana de l'tilacoide (estructura de l'cloroplast) es presenten diversos pigments amb capacitat d'absorbir la llum visible. Els diferents pigments absorbeixen diferents longituds d'ona. Aquests pigments són clorofil·la, carotenoides i ficobilinas.

Els carotenoides donen els colors grocs i ataronjats presents en les plantes. Les ficobilinas es troben en cianobacterias i les algues vermelles.

La clorofil·la és considerada el principal pigment fotosintètic. Aquesta molècula presenta una cua llarga hidròfoba d'hidrocarburs, que la manté unida a la membrana de l'tilacoide. A més, té un anell de porfirina que conté un àtom de magnesi. En aquest anell es absorbeix l'energia lumínica.

Hi ha diferents tipus de clorofil·la. La clorofil·la a és el pigment que intervé de forma més directa en les reaccions de llum. La clorofil·la b absorbeix la llum a una longitud d'ona diferent i transfereix aquesta energia a la clorofil·la a.

Al cloroplast es troba aproximadament tres vegades més clorofil·la a que clorofil·la b.

mecanisme

-Fotosistemas

Les molècules de clorofil·la i els altres pigments s'organitzen dins el tilacoide en unitats fotosintètiques.

Cada unitat fotosintètica està formada per 200-300 molècules de clorofil·la a, petites quantitats de clorofil·la b, carotenoides i proteïnes. Es presenta una zona anomenada centre de reacció, que és el lloc que utilitza l'energia lumínica.

Imatge: Fase lluminosa de la fotosíntesi. Autor: Somepics.

Els altres pigments presents s'anomenen complexos antena. Els mateixos tenen la funció de captar i passar la llum a centre de reacció.

Hi ha dos tipus d'unitats fotosintètiques, denominades fotosistemes. Es diferencien en que els seus centres de reacció estan associats a proteïnes diferents. Les mateixes causen un lleuger desplaçament en els seus espectres d'absorció.

En el fotosistema I, la clorofil·la a associada a centre de reacció té un pic d'absorció de 700 nm (P ₇₀₀). En el fotosistema II el pic d'absorció ocorre als 680 nm (P ₆₈₀).

-Fotolisis

Durant aquest procés ocorre la ruptura de la molècula d'aigua. Hi participa el fotosistema II. Un fotó de llum incideix sobre la molècula P ₆₈₀ i impulsa un electró a un nivell més alt d'energia.

Els electrons excitats són rebuts per una molècula de feofitina, que és un acceptor intermedi. Posteriorment, travessen la membrana de l'tilacoide on són acceptats per una molècula de plastoquinona. Els electrons finalment són cedits a l'P ₇₀₀ de l'fotosistema I.

Els electrons que van ser cedits per la P ₆₈₀ són reemplaçats per altres provinents de l'aigua. Es requereix una proteïna que conté manganès (proteïna Z) per trencar la molècula d'aigua.

Quan es trenca l'H ₂ O, s'alliberen dos protons (H ⁺) i oxigen. Es requereix que es escindeixen dues molècules d'aigua perquè s'alliberi una molècula d'O ₂.

-Fotofosforilación

Hi ha dos tipus de fotofosforilación, segons la direcció de l'flux d'electrons.

Fotofosforilació no cíclica

En la mateixa intervenen tant el fotosistema I com el II. Es denomina no cíclica perquè el flux d'electrons va en un sol sentit.

Quan ocorre l'excitació de les molècules de clorofil·la, els electrons es mouran a través d'una cadena de transport d'electrons.

S'inicia en el fotosistema I quan un fotó de llum és absorbit per una molècula P ₇₀₀. L'electró excitat és transferit a un acceptor primari (Fe-S) que conté ferro i sulfur.

Després passa a una molècula de ferredoxina. Posteriorment, l'electró es va a una molècula transportadora (FAD). Aquesta el cedeix a una molècula de NADP ⁺ que el redueix a NADPH.

Els electrons cedits pel fotosistema II a la fotòlisi van a reemplaçar als cedits per la P ₇₀₀. Això passa a través d'una cadena de transport formada per pigments que contenen ferro (citocroms). A més, intervenen les plastocianinas (proteïnes que presenten coure).

Durant aquest procés es produeixen tant molècules de NADPH com d'ATP. Per a la formació de l'ATP intervé l'enzim ATPsintetasa.

fotofosforilació cíclica

Ocorre només en el fotosistema I. Quan les molècules de centre de reacció P ₇₀₀ són excitades, els electrons són rebuts per una molècula P ₄₃₀.

Posteriorment, els electrons s'incorporen a la cadena de transport entre els dos fotosistemes. En el procés es van produint molècules d'ATP. A diferència de la fotofosforilació no cíclica, no es produeix NADPH ni s'allibera O ₂.

A la fi de l'procés de transport d'electrons, els mateixos tornen a centre de reacció de l'fotosistema I. Per això, es denomina fotofosforilació cíclica.

productes finals

A la fi de la fase lluminosa s'allibera O ₂ a l'ambient com a subproducte de la fotòlisi. Aquest oxigen surt a l'atmosfera i és utilitzat en la respiració dels organismes aeròbics.

Un altre producte final de la fase lluminosa és el NADPH, un coenzim (part d'un enzim no proteica) que participarà en la fixació de l'CO ₂ durant el cicle de Calvin (fase fosca de la fotosíntesi).

L'ATP és un nucleòtid utilitzat per obtenir l'energia necessària requerida en els processos metabòlics dels éssers vius. Aquest és consumit en la síntesi de la glucosa.

referències

1. Petroutsos D. R Tokutsu, S Maruyama, S Flori, A Greiner, L Magneschi, L Cusant, T Kottke. M Mittag, P Hegemann, G Finazzi i J Minagaza (2016) A blue-light photoreceptor mediates the feedback regulation of Photosynthesis. Nature 537: 563-566.
2. Salisbury F i C Ross (1994) Fisiologia Vegetal. Grup Editorial Iberoamèrica. Mèxic, DF. 759 pp.
3. Solomon I, L Berg i D Martín (1999) Biologia. Cinquena edició. MGraw-Hill Interamericana Editors. Mèxic DF. 1237 pp.
4. Stearn K (1997) Introductory plant biology. WC Brown Publishers. USA. 570 pp.
5. Yamori W, T Shikanai i A Makino (2015) Photosystem I cyclic electron flow via chloroplast NADH dehydrogenase-like complex performs a Physiological role for Photosynthesis a l'low light. Nature Scientific Report 5: 1-12.