FOTOSINTESIS

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FOTOSINTESIS 
 
La fotosíntesis un proceso metabólico exclusivo de las células vegetales, que se realiza en una parte 
determinada de la célula vegetal: el cloroplasto. 
Los cloroplastos son organelas exclusivas de las células vegetales, encargadas de atrapar la energía 
derivada de la luz solar y convertirla en energía química mediante un proceso llamado “FOTOSINTESIS”. 
 Poseen pigmentos (clorofilas), y en ellos tiene lugar la fotosíntesis. ¿Qué es un pigmento? Es una 
sustancia que absorbe luz 
 Localización: principalmente, en las células del mesofilo, tejido que se encuentra en las hojas de las 
plantas superiores y en las algas. 
 Cada célula contiene un numero variable de cloroplastos, y este número se mantiene relativamente 
constante en los diversos vegetales (por ejemplo, las algas poseen a menudo un solo cloroplasto, 
mientras que las plantas superiores poseen entre 20 a 40 por célula, y así sucesivamente en diversas 
especies) 
 Si el número de cloroplastos es insuficiente, aumentan por división; en cambio, si es excesivo, se 
reducen por degeneración 
 Su tamaño es variable dependiendo el tipo celular 
 
ESTRUCTURA 
 
El cloroplasto posee tres componentes principales: 
 Envoltura: presenta dos membranas: una interna y otra externa, a través de las cuales se producen 
los intercambios moleculares con el citosol. Contienen solo el 2% de las proteínas del cloroplasto. 
 Estroma: representa la mayor parte del cloroplasto. En ella se encuentran inmersos los tilacoides. 
Compuesta principalmente por proteínas. Contiene ADN y también ARN. En la estroma se produce 
la fijación del CO2 (producción de hidratos de carbono), y también la síntesis de algunos ácidos 
grasos y proteínas. 
 
 Tilacoides: son sacos aplanados agrupados como “pilas de monedas”. Cada pila recibe el nombre de 
“granum” (en plural, grana), y a los elementos individuales que forman las pilas se los llama 
“tilacoides de los grana”. 
 
 Existen tilacoides que atraviesan la estroma y conectan entre sí a dos grana: a esos, los llamamos 
“tilacoides de la estroma”. La pared de los tilacoides (a la que llamamos “membrana tilacoide”) es 
una bicapa lipídica repleta de proteínas y demás moléculas, casi todas involucradas en las reacciones 
químicas de la fotosíntesis. Esta pared separa el compartimiento de los tilacoides (el espacio 
tilacoide) de la estroma. 
 
Por lo tanto, el cloroplasto tendría tres compartimientos: 
 Intermembrana (entre la membrana externa y la membrana interna) 
 La estroma (entre la membrana interna y la membrana tilacoide) 
 El espacio tilacoide (que equivale en función a la matriz mitocondrial) 
FOTOSINTESIS 
 Es una de las funciones biológicas fundamentales de las células vegetales 
 Es la síntesis de una molécula de glucosa utilizando moléculas de dióxido de carbono y agua 
 La energía proviene de la luz 
 En otras palabras, podríamos decir también que es un proceso en el cual la energía lumínica se 
convierte en energía química (a la cual vemos en forma de molécula de glucosa, la cual es una 
molécula orgánica, formada por muchos enlaces) 
 Es decir que la energía solar me perite formar una molécula orgánica (glucosa) a partir de moléculas 
inorgánicas como lo son el CO2 y el agua) 
 Proceso anabólico y endergónico. ¿Por qué anabólico? Porque a partir de moléculas sencillas, como 
lo son el agua, y CO2, estamos formando una molécula compleja, como lo es la glucosa. ¿Por qué 
endergonico? Sabemos que la glucosa es una molécula compleja que posee muchos enlaces 
químicos. Para poder formar estos enlaces, requiero energía (recordar que los procesos endergonicos 
eran aquellos que requerían de energía para poder llevarse a cabo) 
 
 
En el proceso fotosintético encontramos reacciones de oxidación, y de reducción. Siempre que haya 
una oxidación va a haber una reducción. 
 
 ¿Qué significa oxidarse? Perder hidrógenos (en este caso, quien se oxida es el agua) 
 Estos hidrógenos, van a ir a la molécula de glucosa (es decir, que el agua aporta hidrógenos) 
 El Oxigeno del agua va a ser el que se va a liberar como oxigeno molecular 
 El Co2 va a ser la molécula encargada de captar esos hidrógenos que el agua va a perder, por 
lo tanto va a ser la molécula que se reduce. El CO2 va a aportar los carbonos y los oxígenos 
de la molécula de glucosa. 
 
 
La fotosíntesis comprende dos etapas: 
 FOTOQUIMICA, luminosa (o fotodependiente), es decir, que si o si depende de la luz para 
llevarse a cabo 
 BIOQUIMICA, oscura (o fotoindependiente), es decir, que no requiere de la presencia de luz 
para ser posible. ¡Atención! No quiere decir que cuando haya luz, esta etapa no se va a 
realizar, sino que puede darse con o sin luz (puede ocurrir todo el tiempo). 
 
¿Cuál es el objetivo de la fotosíntesis? Fabricar la molécula de glucosa, con el fin de que la célula pueda 
obtener energía de la glucosa, o también que esa glucosa pueda ser utilizada para fabricar hidratos de 
carbono, y otras biomoleculas, como aminoácidos, nucleótidos, ácidos grasos, etc. 
La glucosa aporta Carbono, Hidrogeno y Oxigeno, y sobre este esqueleto carbonado se van a formar las 
otras moléculas. 
 El agua va a absorverse mediante las raíces de la planta, y se va a almacenar en las vacuolas de las 
células vegetales. Estas vacuolas ocupan gran parte de la célula. Esto nos lleva a pensar que es 
indispensable para que una planta pueda hacer fotosíntesis, que tenga agua. 
 El CO2 lo absorbe del aire, de la atmosfera, a partir de estructuras que se llaman estomas, que se 
encuentran en las hojas de las plantas. 
 
 
 
 Etapa fotoquímica: ocurre en los tilacoides 
 Etapa bioquímica: ocurre en el estroma 
 
 
 
Sustratos de la reacción: agua y CO2 
 El agua se usa en la etapa fotoquímica 
 El CO2 se usa en la etapa bioquímica 
Productos de la reacción: glucosa y O2 
 El O2 es producto de la etapa fotoquímica 
 La glucosa es producto de la etapa bioquímica 
 
En el proceso de fotosíntesis, existen otras moléculas involucradas que no vimos en la ecuación 
general: ATP y NADPH. Estas moléculas se generan en la etapa fotoquímica, y se utilizan en la 
etapa bioquímica. 
 
 
 
ETAPA FOTOQUIMICA 
Como mencionamos anteriormente, es fotodependiente 
Ecuación general de esta etapa: 
 
 
 Sustratos: agua, NADP, y ADP+P (fosfato) 
 Productos: oxigeno, NADPH y ATP 
Algo muy importante que debemos saber, es que el Oxigeno es un producto de desecho para la 
planta. Podríamos decir que aquí se encuentra el beneficio de que las plantas liberen oxígeno al 
ambiente, ya que otros seres vivos (como los animales) lo vamos a utilizar. 
 
En esta etapa, ocurren diversas reacciones dependientes de la luz. 
Algo que ocurre es por ejemplo, dependiendo de la luz, quitarle hidrógenos al agua, 
momentáneamente esos hidrógenos van a ser tomados por el NADP. Por eso, el agua se transforma 
en O2, y el NADP en NADPH. El Oxigeno se libera a la atmosfera. 
Otra de las cosas que ocurre gracias a la luz es la fabricación de ATP a partir de ADP+P. 
 
Toda esta etapa ocurre en la membrana de los tilacoides 
 
¿Qué son los fotosistemas? 
También llamados centros reactivos o complejos antena, son estructuras especiales que se 
encuentran en la membrana del tilacoide, que le permiten a esta membrana captar la luz. Son 
grandes complejos de proteínas y pigmentos (moléculas que absorben la luz), claves en las 
reacciones luminosas. 
Voy a tener un pigmento central, el cual es el que va a captar la luz. Esta luz incide en forma de 
fotones, y la clorofila central va a recibir la energía de los pigmentos accesorios. Este pigmento 
central, al recibir esta energía, se va a excitar y va a liberar electrones. 
 
Existen dos tipos de fotosistemas: 
 Fotosistema I tiene clorofila central que se denomina P700. 
 Fotosistema II: tiene una clorofila central que se denomina P680 
 
Estos fotosistemas están dispuestosde forma tal que puedan captar la luz en forma de fotones. 
 
 
 
 Una vez que esta luz incide sobre los fotosistemas, los pigmentos que están en ellos van a 
absorberla, Voy a tener un pigmento central, el cual es el que va a captar la luz. La clorofila central 
va a recibir la energía de los pigmentos accesorios. Este pigmento central, al recibir esta energía, se 
va a excitar y va a liberar electrones. 
 
 
Ambos contienen muchos pigmentos que ayudan a recolectar la energía de la luz, así como un par 
de moléculas de clorofila en el corazón del fotosistema. 
 
Estos dos fotosistemas están conectados entre sí por una serie de complejos proteicos. 
 
La luz incide sobre los dos fotosistemas, y cuando el pigmento central de ese fotosistema recibe toda 
esa energía se va a excitar. ¿Qué significa eso? Que va a liberar electrones. 
 
En el caso del fotosistema 1, este va a liberar electrones al excitarse, y estos electrones van a ser 
captados por los complejos proteicos hasta llegar al NADP. Una vez que llega al NADP, este NADP 
con estos dos electrones, más protones, se va a transformar en NADPH. Este fotosistema que perdió 
dos electrones no puede volver a excitarse, debe recuperarlos. ¿De dónde los recupera? Del 
fotosistema II. Este fotosistema también, igual que el I, recibe luz, cuando esa energía llega al 
pigmento central, este se excita y libera electrones. Estos electrones también va a esa cadena de 
complejos proteicos (van a ir “pasándose” de un complejo al otro) hasta llegar al fotosistema I, y así 
este recupera los electrones que perdió, y puede volver a excitarse. 
Ahora bien, hasta ahora sabemos que el fotosistema I quedo “completo”, es decir, que puede volver 
a excitarse… Pero el fotosistema dos perdió dos electrones. 
¿Qué molécula va a estar reponiendo los electrones que se pierden cada vez que los pigmentos se 
excitan? El agua. Esta molécula, con la luz, se va a romper, se libera O2, y esos hidrógenos que se 
liberan, van a separarse en protones (H+) y electrones. Los electrones van a reponer el hueco que 
quedo en los fotosistemas. Estos electrones van a desplazarse por toda esa cadena que nombramos 
antes (y se repite el ciclo) hasta llegar al NADP. Este NADP, al recibir estos electrones y protones, 
se va a transformar en NADPH. De esta manera le “saco” los hidrógenos al agua. 
Este proceso de ruptura del agua dependiente de la luz se denomina “fotolisis” del agua. 
 
 
 
 
Este transporte de electrones a través de los complejos, de un fotosistema a otro, y desde el 
fotosistema I hasta el NADP, va a ir liberando pequeñas cantidades de energía, que en última 
instancia me sirven para poder fabricar ATP. 
Recordar la importancia de la luz en todo momento: sin luz no puedo excitar los pigmentos, si los 
pigmentos no se excitan no puedo liberar electrones, y el agua sin luz no se rompe, no puede ceder 
sus hidrógenos. 
 
SINTESIS DE ATP: denominada también “fotofosforilacion”, ya que depende de la luz. 
 
En el caso de los protones (provenientes de la ruptura del agua que ya explicamos antes), estos no 
siguen el mismo camino que los electrones en cuanto a la cadena, sino que se separan, y luego se 
vuelven a juntar cuando llegan al NADP. 
Debemos saber que hay muchos más protones adentro del tilacoide que afuera (es decir, más cargas 
positivas en el interior del tilacoide). Esto sucede gracias a que existe un bombeo de protones. 
Debemos recordar que un bombeo es el movimiento de una partícula en contra de su gradiente, 
entonces, para poder hacerlo, necesito energía. ¿De dónde proviene esa energía para bombear estos 
protones al interior del tilacoide? Proviene de la energía que liberan los electrones cuando pasan de 
un complejo a otro. 
¿Para qué bombeo a los protones hacia el interior del tilacoide? Ya que estos tienen muchas “ganas 
de salir”. 
ATP sintetasa: es una proteína que se encuentra en la membrana de los tilacoides, y posee dos 
porciones: una globular, y otra porción transmembrana, que es un canal de protones. La porción 
globular va a ser la responsable de fabricar el ATP. 
Los protones acumulados tienen muchas “ganas de salir” debido a que están todos acumulados en un 
espacio pequeño, tienen todos la misma carga (+), esto hace que sientan repulsión entre ellos. Al ser 
partículas cargadas, no pueden atravesar la membrana, entonces, solo van a poder salir a través del 
 
canal que posee la ATPsintetasa. Cuando lo hacen, al pasar por este canal liberan la energía 
necesaria para que se fabrique ATP mediante la porción globular de la ATP sintetasa. 
Es importante saber que del estroma se bombean protones al lumen del tilacoides. Este lumen queda 
repleto de protones (H+), y cuando estos salen (a través de la ATPsintetasa), van a ir al estroma. En 
otras palabras, podríamos decir que la salida de estos protones desde el lumen al estroma es el 
mecanismo que produce la energía suficiente para poder producir ATP. 
 
 
HIPOTESIS QUIMIOSMOTICA 
Sostiene que debo tener una cadena de electrones a la cual se va a acoplar la síntesis de ATP. ¿Cuál 
es el nexo entre la cadena de transporte de electrones y la síntesis de ATP? Esta cadena de transporte 
de electrones me permite bombear los protones. En el transporte de electrones, estos liberan energía, 
al hacerlo permiten bombear protones (así los acumulo), y estos protones tienen energía, que, 
cuando pasan por el canal de la ATP sintetasa, esta proteína aprovecha esa energía para fabricar 
ATP. 
 
 
Esta hipótesis quimiosmotica se repite para la respiración a nivel de la mitocondria. 
 
ETAPA BIOQUIMICA 
 También llamada “Ciclo de Calvin 
 Ocurre en el estroma 
Reaccion general de esta etapa: 
 
 
 
 SUSTRATOS: CO2 (proveniente de la atmosfera), NADPH y ATP (provenientes de la etapa 
fotoquímica) 
 PRODUCTOS: glucosa (en esta etapa voy a terminar de “armar” esta molécula), NADP y ADP+P 
(recordar que la P es “fosfato”). Este NADP y ADP van a ir a la etapa fotoquímica otra vez, para 
poder volver como NADPH y ATP. 
 
En esta etapa, las vías cíclicas van a partir de una molécula, y al final, voy a llegar a la misma molécula. Es 
decir, que es un ciclo, y el producto de un ciclo, va a ser el sustrato del ciclo siguiente, y así sucesivamente. 
En sí, lo que importa no es esa molécula, sino lo que va entrando al ciclo. ¿Quiénes ingresan? Los sustratos 
que nombramos antes: NADPH; ATP y CO2 
 
El ciclo comienza cuando el CO2 se une a una enzima denominada RUBP (Ribulosa bifosfato), y luego 
sufre una serie de reacciones que va a dar como resultado la formación de una molécula de glucosa. El ATP 
me sirve para las formar uniones químicas de esta molécula. El NADPH también es necesario ya que me 
trae los hidrógenos para poder formar esta molécula de glucosa. 
Importante saber: estoy incorporando una molécula de Carbono, a una molécula que ya poseía 5 carbonos 
(el RUBP). Entonces, lo “nuevo” para el balance de las reacciones, es solo ese nuevo Carbono. Sabemos 
que la glucosa es una molécula de 6 carbonos. Entonces, para tener el equivalente a una nueva glucosa, es 
necesario dar 6 vueltas al ciclo (en cada vuelta, obtendré 1 nuevo carbono, para llegar a construir mi 
molécula de 6) 
RECORDEMOS LOS SUSTRATOS Y PRODUCTOS DE AMBAS FASES DE LA FOTOSINTESIS 
 
 
RELACION ENTRE FOTOSINTESIS Y RESPIRACION 
 
Recordemos que la respiración celular tiene como sustratos glucosa y oxígeno, y da como productos 
CO2 y agua. Viendo fotosíntesis hoy, nos damos cuenta que sus sustratos son los productos de la 
respiración, y sus productos, son los sustratos de la respiración. Respiración y fotosíntesis son 
reacciones “opuestas”, pero que se complementan. Podríamos pensar que debe ocurrir una, para que 
la otra también. Opuestas porque la fotosíntesis es un proceso anabólico y endergonico (de más 
simple a más complejo, y requiere energía), y la respiración es un proceso catabólico y exergonico(de más complejo a más simple, y libera energía). Decimos que se complementan ya que, por 
ejemplo, el O2 liberado por las plantas es captado por nosotros para realizar la respiración, y ese 
CO2 y agua que nosotros liberamos, también les sirve a las plantas como sustrato para hacer la 
fotosíntesis.