Actividad enzimática en la fotosíntesis

La fotosíntesis puede ser etiquetada de manera defendible como la reacción más importante en toda la biología. Examine cualquier red alimenticia o sistema de flujo de energía en el mundo, y encontrará que, en última instancia, depende de la energía del sol para las sustancias que sustentan los organismos en su interior. los animales dependen tanto de los nutrientes a base de carbono (carbohidratos) como del oxígeno que genera la fotosíntesis, ya que incluso los animales que se alimentan completamente de otros animales se alimentan de organismos que viven principalmente o exclusivamente de plantas.

de la fotosíntesis fluyen todos los demás procesos de intercambio de energía observados en la naturaleza. Al igual que la glucólisis y las reacciones de la respiración celular, la fotosíntesis tiene un grupo de pasos, enzimas y aspectos únicos a considerar, y comprender los roles que desempeñan los catalizadores específicos de la fotosíntesis en lo que equivale a la conversión de luz y gas en alimentos es fundamental para el dominio. Bioquímica básica.

La fotosíntesis tuvo algo que ver con la producción de lo último que comiste, sea lo que sea. Si estaba basada en plantas, la reclamación es directa. si se trataba de una hamburguesa, la carne casi con seguridad procedía de un animal que, en sí, subsistía casi por completo de plantas. visto de manera algo diferente, si el sol se apagara hoy sin causar que el mundo se enfríe, lo que llevaría a que las plantas escasearan, el suministro de alimentos del mundo pronto desaparecería; Las plantas, que claramente no son depredadores, están en el fondo de cualquier cadena alimenticia.

La fotosíntesis se divide tradicionalmente en las reacciones de luz y las reacciones oscuras. Ambas reacciones en la fotosíntesis juegan papeles críticos; los primeros dependen de la presencia de luz solar u otra energía luminosa, mientras que los últimos no dependen de los productos de la reacción luminosa para tener un sustrato con el que trabajar. En las reacciones a la luz, las moléculas de energía que la planta necesita para ensamblar carbohidratos están hechas, mientras que la síntesis de carbohidratos en sí ocurre en las reacciones oscuras. esto es similar en algunos aspectos a la respiración aeróbica, donde el ciclo de Krebs, aunque no es una fuente directa importante de atp (trifosfato de adenosina, la "moneda de la energía" de todas las células), genera una gran cantidad de moléculas intermedias que impulsan la creación de un gran cantidad de atp en las posteriores reacciones de la cadena de transporte de electrones.

El elemento crítico en las plantas que les permite conducir la fotosíntesis es la clorofila , una sustancia que se encuentra en estructuras únicas llamadas cloroplastos .

La reacción neta de la fotosíntesis es en realidad muy simple. establece que el dióxido de carbono y el agua, en presencia de energía luminosa, se convierten en glucosa y oxígeno durante el proceso .

6 co ₂ + luz + 6 h ₂ o → c ₆ h ₁₂ o ₆ + 6 o ₂

La reacción general es una suma de las reacciones de luz y las reacciones oscuras de la fotosíntesis:

Reacciones a la luz: 12 h ₂ o + light → o ₂ + 24 h ⁺ + 24e ^-

Reacciones oscuras: 6co ₂ + 24 h ⁺ + 24 e ^- → c ₆ h ₁₂ o ₆ + 6 h ₂ o

En resumen, las reacciones a la luz utilizan la luz solar para asustar a los electrones que la planta canaliza para producir alimentos (glucosa). La forma en que esto ocurre en la práctica ha sido bien estudiada y es un testimonio de miles de millones de años de evolución biológica.

Un error común entre las personas que estudian las ciencias de la vida es que la fotosíntesis es simplemente la respiración celular a la inversa. esto es comprensible, dado que la reacción neta de la fotosíntesis se parece a la respiración celular, que comienza con la glucólisis y termina con los procesos aeróbicos (ciclo de Krebs y cadena de transporte de electrones) en la mitocondria, y se ejecuta de manera precisa a la inversa.

Sin embargo, las reacciones que transforman el dióxido de carbono en glucosa en la fotosíntesis son muy diferentes de las que se utilizan para reducir la glucosa a dióxido de carbono en la respiración celular. Las plantas, ten en cuenta, también hacen uso de la respiración celular. Los cloroplastos no son "las mitocondrias de las plantas"; Las plantas también tienen mitocondrias.

piense en la fotosíntesis como algo que sucede principalmente porque las plantas no tienen boca, pero aún así dependen de la quema de glucosa como un nutriente para producir su propio combustible. Si las plantas no pueden ingerir glucosa y aún requieren un suministro constante de ella, entonces tienen que hacer lo que parece imposible y hacerlo ellos mismos. ¿Cómo hacen las plantas la comida? utilizan la luz externa para conducir pequeñas plantas de energía dentro de ellos para hacerlo. El hecho de que puedan hacerlo depende en gran medida de cómo se estructuren realmente.

Las estructuras que tienen mucha superficie en relación con su masa están bien posicionadas para capturar una gran cantidad de luz solar que pasa a su paso. Es por eso que las plantas tienen hojas. El hecho de que las hojas tienden a ser la parte más verde de las plantas es el resultado de la densidad de la clorofila en las hojas, ya que aquí es donde se realiza el trabajo de fotosíntesis.

Las hojas han desarrollado poros en sus superficies llamadas estomas (singular: estoma). estas aberturas son los medios por los cuales la hoja puede controlar la entrada y salida de co ₂ , que es necesaria para la fotosíntesis, y o ₂ , que es un producto de desecho del proceso. (Es contrario a la intuición pensar que el oxígeno es un desperdicio, pero en este contexto, estrictamente hablando, eso es lo que es).

estos estomas también ayudan a la hoja a regular su contenido de agua. Cuando el agua es abundante, las hojas son más rígidas e "infladas" y los estomas tienden a permanecer cerrados. Por el contrario, cuando el agua escasea, los estomas se abren en un esfuerzo por ayudar a que la hoja se alimente a sí misma.

las células vegetales son células eucariotas, lo que significa que tienen las cuatro estructuras comunes a todas las células (ADN, una membrana celular, citoplasma y ribosomas) y una serie de orgánulos especializados. Sin embargo, a diferencia de las células animales y otras células eucariotas, las células vegetales tienen paredes celulares, como las bacterias, pero se construyen con diferentes químicos.

las células vegetales también tienen núcleos, y sus orgánulos incluyen las mitocondrias, el retículo endoplásmico, los cuerpos de golgi, un citoesqueleto y vacuolas. pero la diferencia crítica entre las células vegetales y otras células eucariotas es que las células vegetales contienen cloroplastos .

Dentro de las células vegetales hay organelos llamados cloroplastos. al igual que las mitocondrias, se cree que se incorporaron a los organismos eucarióticos relativamente temprano en la evolución de los eucariotas, con la entidad destinada a convertirse en un cloroplasto que luego existe como un procariota independiente de fotosíntesis.

El cloroplasto, como todos los orgánulos, está rodeado por una membrana de plasma doble. Dentro de esta membrana se encuentra el estroma, que funciona como el citoplasma de los cloroplastos. También dentro de los cloroplastos hay cuerpos llamados tilacoides, que están dispuestos como pilas de monedas y encerrados por una membrana propia.

La clorofila se considera "el" pigmento de la fotosíntesis, pero hay varios tipos diferentes de clorofila, y otros pigmentos distintos de la clorofila también participan en la fotosíntesis. El principal pigmento utilizado en la fotosíntesis es la clorofila a. Algunos pigmentos no clorofílicos que participan en los procesos fotosintéticos son de color rojo, marrón o azul.

Las reacciones de luz de la fotosíntesis utilizan la energía de la luz para desplazar los átomos de hidrógeno de las moléculas de agua, con estos átomos de hidrógeno, impulsados ​​por el flujo de electrones liberados finalmente por la luz entrante, que se utilizan para sintetizar nadph y atp, que son necesarios para las reacciones de oscuridad posteriores.

Las reacciones a la luz ocurren en la membrana tilacoide, dentro del cloroplasto, dentro de la célula vegetal. se ponen en marcha cuando la luz incide en un complejo de proteína-clorofila llamado fotosistema ii (psii) . esta enzima es la que libera los átomos de hidrógeno de las moléculas de agua. el oxígeno en el agua queda libre, y los electrones liberados en el proceso se unen a una molécula llamada plastoquinol, convirtiéndola en plastoquinona. esta molécula, a su vez, transfiere los electrones a un complejo enzimático llamado citocromo b6f. este ctyb6f toma los electrones de la plastoquinona y los mueve a la plastocianina.

en este punto, el fotosistema i (psi) se pone en marcha. esta enzima toma los electrones de la plastocianina y los une a un compuesto que contiene hierro llamado ferredoxina. finalmente, una enzima llamada ferredoxin – nadp ⁺ reductasa (fnr) para hacer nadph a partir de nadp ⁺ . no es necesario que memorice todos estos compuestos, pero es importante tener una idea de la naturaleza en cascada y de "entrega" de las reacciones involucradas.

Además, cuando psii está liberando hidrógeno del agua para impulsar las reacciones anteriores, parte de ese hidrógeno tiende a querer dejar el tilacoide por el estroma, bajando su gradiente de concentración. la membrana tilacoide aprovecha esta salida natural al utilizarla para alimentar una bomba de atp sintasa en la membrana, que une las moléculas de fosfato a la adp (difosfato de adenosina) para producir atp.

Las reacciones oscuras de la fotosíntesis se llaman así porque no dependen de la luz. sin embargo, pueden ocurrir cuando la luz está presente, por lo que un nombre más preciso, aunque más engorroso, es " reacciones independientes de la luz ". Para aclarar aún más las cosas, las reacciones oscuras también se conocen como el ciclo de Calvin .

imagina que, al inhalar aire en tus pulmones, el dióxido de carbono en ese aire podría penetrar en tus células, que luego lo usarían para producir la misma sustancia que resulta de tu cuerpo descomponiendo los alimentos que comes. de hecho, debido a esto, nunca tendrías que comer nada. Esta es esencialmente la vida de una planta, que utiliza el co ₂ que recolecta del ambiente (que se debe en gran parte a los procesos metabólicos de otros eucariotas) para producir glucosa, que luego almacena o quema por sus propias necesidades. .

ya has visto que la fotosíntesis comienza al eliminar los átomos de hidrógeno del agua y al utilizar la energía de esos átomos para hacer algunos nadph y algunos atp. pero hasta ahora, no ha habido ninguna mención de la otra entrada en la fotosíntesis, co2. ahora verás por qué todo ese nadph y atp fue cosechado en primer lugar.

En el primer paso de las reacciones oscuras, el CO2 se une a un derivado de azúcar de cinco carbonos llamado ribulosa 1,5-bisfosfato. esta reacción es catalizada por la enzima ribulosa 1,5 bisfosfato carboxilasa / oxigenasa, mucho más memorablemente conocida como rubisco . Se cree que esta enzima es la proteína más abundante en el mundo, ya que está presente en todas las plantas que se someten a la fotosíntesis.

este intermedio de seis carbonos es inestable y se divide en un par de moléculas de tres carbonos llamadas fosfoglicerato. estos luego son fosforilados por una enzima quinasa para formar 1,3-bisfosfoglicerato. esta molécula se convierte luego en gliceraldehído-3-fosfato (g3p), liberando moléculas de fosfato y consumiendo napdh derivado de las reacciones a la luz.

El g3p creado en estas reacciones puede colocarse en una serie de vías diferentes, lo que da como resultado la formación de glucosa, aminoácidos o lípidos, según las necesidades específicas de las células vegetales. Las plantas también sintetizan polímeros de glucosa que en la dieta humana aportan almidón y fibra.