Pregunta a un biólogo
Entran con una energía y salen con otra
Las reacciones dependientes de la luz tienen lugar en la membrana del tilacoide, dentro de los cloroplastos. Como son reacciones «dependientes» de la luz, puedes adivinar que estas reacciones necesitan la luz para funcionar. Recuerda que el propósito de esta primera parte de la fotosíntesis es convertir la energía de la luz solar en otras formas de energía…
Las reacciones dependientes de la luz de la fotosíntesis requieren luz solar. Imagen de Mell27.
Las plantas no pueden utilizar la energía de la luz directamente para producir azúcares. En su lugar, la planta transforma la energía luminosa en una forma que puede utilizar: la energía química. La energía química está a nuestro alrededor. Por ejemplo, los coches necesitan la energía química de la gasolina para funcionar. La energía química que utilizan las plantas se almacena en el ATP y el NADPH. El ATP y el NADPH son dos tipos de moléculas portadoras de energía. Estas dos moléculas no sólo están en las plantas, ya que los animales también las utilizan.
Una receta para la energía
Las plantas necesitan agua para fabricar NADPH. Esta agua se rompe para liberar electrones (partículas subatómicas con carga negativa). Cuando el agua se rompe también se crea oxígeno, un gas que todos respiramos.
Los electrones deben viajar a través de proteínas especiales pegadas en la membrana del tilacoide. Pasan por la primera proteína especial (la proteína del fotosistema II) y bajan por la cadena de transporte de electrones. Luego pasan por una segunda proteína especial (la proteína del fotosistema I).
Fotosistema I y fotosistema II
Espera un segundo… ¿primero los electrones pasan por el segundo fotosistema y luego pasan por el primero? Eso parece realmente confuso. ¿Por qué nombrarían los fotosistemas de esa manera?
Las moléculas de agua se rompen para liberar electrones. Estos electrones se mueven entonces por un gradiente, almacenando energía en ATP en el proceso. Imagen de Jina Lee.
El fotosistema I y II no se alinean con la ruta que siguen los electrones a través de la cadena de transporte porque no fueron descubiertos en ese orden.
El fotosistema I fue descubierto primero. Más tarde, se descubrió el fotosistema II y se comprobó que estaba antes en la cadena de transporte de electrones. Pero fue demasiado tarde, el nombre se quedó. Los electrones viajan primero por el fotosistema II y luego por el fotosistema I.
La cadena de transporte de electrones
Mientras están en el fotosistema II y en el I, los electrones recogen energía de la luz solar. ¿Cómo lo hacen? La clorofila, presente en los fotosistemas, absorbe la energía de la luz. Los electrones energizados se utilizan entonces para fabricar NADPH.
La cadena de transporte de electrones es una serie de moléculas que aceptan o donan electrones fácilmente. Al moverse paso a paso a través de ellas, los electrones se mueven en una dirección específica a través de una membrana. El movimiento de los iones de hidrógeno está acoplado a esto. Esto significa que cuando los electrones se mueven, los iones de hidrógeno también se mueven.
El ATP se crea cuando los iones de hidrógeno se bombean al espacio interior (lumen) del tilacoide. Los iones de hidrógeno tienen una carga positiva. Como en los imanes, las mismas cargas se repelen, por lo que los iones de hidrógeno quieren alejarse unos de otros. Escapan del tilacoide a través de una proteína de membrana llamada ATP sintasa. Al moverse a través de la proteína le dan fuerza, como el agua que se mueve a través de una presa. Cuando los iones de hidrógeno se mueven a través de la proteína y bajan por la cadena de transporte de electrones, se crea ATP. Así es como las plantas convierten la luz solar en energía química que pueden utilizar.
El ciclo de Calvin: La construcción de la vida a partir del aire
¿Cómo se convierte algo como el aire en la madera de un árbol? La respuesta está en lo que compone el aire.
¿Cómo puede el aire que rodea a un árbol convertirse en material arbóreo? Mediante un complejo conjunto de reacciones que utilizan el carbono del aire para fabricar otros materiales. Imagen de André Karwath.
El aire contiene diferentes elementos como oxígeno, carbono y nitrógeno. Estos elementos forman moléculas como el dióxido de carbono (CO2). El dióxido de carbono está formado por un átomo de carbono y dos de oxígeno. Las plantas toman el átomo de carbono del dióxido de carbono y lo utilizan para construir azúcares.
Esto se hace mediante el ciclo de Calvin. El ciclo de Calvin ocurre dentro de los cloroplastos, pero fuera de los tilacoides (donde se creó el ATP). El ATP y el NADPH de las reacciones dependientes de la luz se utilizan en el ciclo de Calvin.
Las partes del ciclo de Calvin se denominan a veces reacciones independientes de la luz. Pero no dejes que el nombre te engañe… esas reacciones sí requieren de la luz solar para funcionar.
La proteína RuBisCO también ayuda en el proceso para cambiar el carbono del aire en azúcares. La RuBisCO trabaja lentamente, por lo que las plantas necesitan una gran cantidad de ella. De hecho, la RuBisCO es la proteína más abundante del mundo.
Los productos del ciclo de Calvin se utilizan para fabricar el azúcar simple glucosa. La glucosa se utiliza para construir azúcares más complejos como el almidón y la celulosa. El almidón almacena energía para la planta y la celulosa es el material del que están hechas las plantas.
Imágenes vía Wikimedia Commons. Imagen de una plántula por Bff.