Biología, la vida en la tierra con fisiología Tomo 01-páginas-35

Vista previa del material en texto

C a p t a c ió n d e U e n e r g ía s o la r . | j f o t o s í n t e s i s 1 1 7
¿Te has preguntado...
de qué color serían las plantas en otros planetas?
m bióloga Nancy Klang y sus colaboradores d e la NASA 
formularon hipótesis sobre el color de las plañías 
extraterrestres, la s estrellas de tipo M. el tipo más abundante 
en nuestra galaxia, em iten luz m ás ro ja y tenue que nuestro 
Sol. Suponiendo que en un planeta q ue orbltara una estrella 
de ese tipo hubieran evolucionado organismos fotoslntétlcos, 
para captar suficiente energia m uy posiblemente necesitarían 
pigmentos q ue absorbieran la luz e n todo el espectro 
visible. Como no reflejarían a la v ista nada de la luz. estas 
fótoslntctizadoras alienígenas se verían negras.
E s p ro b ab le q ue hayas o fdo h ab la r del ca ro teno ide betaca- 
ro teno . Este p ig m en to capta lu z e n los d o ro p la s tos y p roduce el 
co lo r an a ran jad o d e algunas verduras, co m o las zanahorias. Los 
an im a les co n v ien en e l betacaroteno e n v ita m in a A , que form a 
la base d e l p igm ento q ue capta la luz e n e l o jo d e los anim ales, 
in c lu ye n d o a los seres hu m an os . En u n a herm osa s im etría , los ca- 
ro teno ides q ue cap tan la energ ía lu m in o sa e n la s p lantas se con­
v ie n e n e n sustancias que captan la luz tam b ién e n lo s an im ales.
Las reacciones lum inosas se realizan 
en las m em branas b lacoidales
l a energ ía lum inosa se capta y se co n v ien e e n energ ia q u ím ica m e ­
d iante las reaedones lum inosas q ue « rea lizan e n las m em branas 
tilacoidales. Estas m em branas con tienen m uchos fo to s is te m as . 
cada u n o consiste en u n agn ipam iento d e clorofila y p igm entos 
accesorios rodeado p o r diversas proteínas. Dos fotosistemas ope­
ran juntos duran te las reaedones lum inosas: e l fotosistem a I I ( P S 
U ) y e l fotosistema I (P S I ) (estos fotosistemas se des ignan p o r el 
orden e n que se descubrieron; s in em bargo, el o rden e n q ue se 
suceden durante las reaedones lum inosas es d e l fotosistema I I al 
fotosistema 1).
C ad a fotosistem a tien e con tig u a un a cadena d e transporte 
de e lectrones diferente. Estas cad en as d e tra n s p o rte d e e le c ­
tro n e s (E T C , p o r sus siglas e n ing lés ) constan de series d e m o­
léculas portadoras d e e lectrones insertadas en la m em brana tila- 
co ida l. E n esta exposic ión nos referirem os a estas cadenas com o 
E T C I I y P T C I , según el fotosistem a co n e l que estén re ladonadas. 
Así, e n la m em brana tila co id a l, la ruta general de los electrones 
es la s iguiente: P S I I -* E T C I I - * PS I - * E C T I -♦ N A D P * ( véase 
la figura 7-7).
Se puede pensar e n las reaedones lum inosas co m o un a es­
p ed e d e juego d e m áq u ina tragam onedas. L a energ ía ( la luz ) es 
transferida a un a b o la (e lec tró n ) p o r u n p istón con resorte (las 
m o lécu las d e c lo ro fila ). La b o la es im pu lsada h a c ia arriba (e n ­
tra e n u n n ive l e lev ad o d e energ ía ). C o n fo rm e la b o la rebota y 
desdende, la energ ía que se lib era puede usarse para hacer girar 
un a ru ed a (generar A T P ) o so n a r u n t im b re (generar N A D P H ) . 
C o n este esquem a general e n m ente, pasem os a u n exam en m ás 
m in u r io so d e la sen ten cia de acon tenm ien to s d e las reacciones 
lum inosas.
E l fo to s is tem a I I u sa energ ia lum inosa p a ra crear 
un g rad ien te d e iones h id rógono y ro m p er 
lo s en laces d e la m o lécula de agua
la s reaedones lum inosas com ienzan n ta n d o los fotones d e lu z son 
absorb idos p o r los p igm entos agntpados e n el fotosistema I I (F I­
G U R A 7-6 O ) La energía salta de u n p igm ento a l siguiente hasta 
que se canaliza al centro d e reacdó n (F IG U R A 7-6 © ) E l ce n tro 
d e re a c c ió n d e cada fotosistem a consta de un a par d e m oléculas 
especializadas de d o ro fila a y un a m o lécu la e l a c c p to r p r im a rlo 
d e e le c tro n e s incrustada e n un com p le jo d e proteínas. C u an d o la 
energia llega a l centro d e reacdón, lanza u n e lectrón d e un a de las 
m o lécu las d e clorofila d e d ich o centro al acepto r p rim ario d e ener­
gía, q ue capta el electrón energ izado (F IG U R A 7-6 © )
E l cen tro d e re a cd ó n d e l fotosistem a I I d eb e re d b ir cons­
tan tem en te e lectrones para reem p lazar los q u e sa lie ron m a n d o 
los energizó la luz. E s to s e lectrones d e reem p lazo v ie n e n d e l agua 
(véase e l fotosistem a I I de la figura 7-6). U n a enz im a aso d ad a 
co n P S I I ro m p e los en laces d e las m o lécu las d e agua, co n lo que 
se liberan electrones q ue reem plazan a los perd idos p o r las m o ­
lé cu la ! de d o ro fila e n el cen tro d e reacción. Esta reacción libera 
tam b ién iones h id ró gen o q ue co n trib uyen a l grad iente d e H * que 
im pu lsa la síntesis d e A T I* (ivase la figura 7-7 © ) . P o r cada dos 
m o lécu las d e agua q ue se degradan, se p roduce u n a m o lé m la de 
gas oxígeno (O , ) .
C u an d o e l acepto r p rim ario d e e lectrones capta e l electrón, 
lo pasa a la p rim era m o lé m la d e E I 'C I I . Eli e lectrón v ia ja d e una 
m o lé m la portadora d e e lectrones a la sigu iente y va perd ien­
d o energ ía (F IG U R A 7-6 O ) . Parte d e esta energ ía se aprovecha 
para b om bear a través d e la m em brana tila co id a l iones h id ró g e ­
n o ( H * ) al espacio t ila co id a l, donde se usará para generar A T P 
(c o m o se explicará ensegu ida; (F IG U R A 7-6 0 y ivase la figura
7-7). P o r ú ltim o , e l e lec trón ya s in energ ía s a le d e la E T C I I y e n ­
tra e n e l centro d e reacción d e l fo tos istem a I, d o n d e reem p laza al 
e lec trón lanzado cu an d o la lu z in c id e e n este fotosistem a I.
E l fo to s is tem a I g enera N A D P H
En tre U n to , la lu z U m b ié n h a in d d id o e n los pigm entos de P S I 
(F IG U R A 7-6 O ) . C o m o e n el P S I I , la energ ía d e la lu z es captada 
por estos pigm entos y llevada a una m o lém la d e c lo ro fila a e n el 
centro d e reacdón . A h í lanza u n electrón energ izado q ue es to m a­
d o p o r e l aceptor p rim ario d e electrones del PS I (F IG U R A 7-6 0 el 
electrón energizado es reem plazado d e in m ed ia to p o r u n electrón 
sin energía d e la E T C I I ) . D e l aceptor p rim ario d e electrones de 
la P S I , e l e lectrón energizado pasa por la E T C I (F IG U R A 7-6 O ) 
hasta que llega a l N A D P * . Se forma la m o lé m la transportadora de 
energía N A D P H m a n d o cada m o lém la del N A D P * (d isue lta e n el 
flu ido d e l estrom a) toma dos electrones energizados junto con un 
ió n h id rógeno (F IG U R A 7-6 Q ) .
E l g rad ien te d e iones h id rógeno g enera A T P 
p o r qu im iósm osis
E n la F IG U R A 7-7 se m uestra e l m o v im ien to de los e lectrones por 
la m em brana tila co id a l. Se aprecia tam b ién có m o se u tiliz a la 
energía d e estos e lectrones para fo rm ar e l g rad ien te d e ion es H ’ 
q ue im p u lsa la síntesis d e A T P e n la q u lm ló sm o s is . C on fo rm e 
el e lec trón energ izado recorre la E T C I I , parte de la energ ía que 
lib e ra se usa para b o m b ear io n e s h id ró gen o a l espacio tila co id a l
www.FreeLibros.me
1 1 8 m :n » ,v » a B u v é d e l a célula
H *0
elevado
o
f
t O
cadena de 
transporto 
d e e lectrones I *
o
de
"
t i o - u v i i i e s i i
reacción
NADP* ♦|H
Fotosistem a II
bajo
©
5»< o , .
▲ F IG U R A 7-6 T ran sfe ren c ia d e energ ía y reacciones luminosas d e la fo tos ín tes is las reacciones 
luminosas abarcan una serle d e moléculas y reacciones que ocurren dentro o Junto a la membrana tilacoldal. 
• El fotosistema u absorbe la luz y la energía se pasa a u n electrón e n una de las moléculas d e clorofila 
f ld c l centro de reacción O El electrón cnerglzado es lanzado de la molécula de clorofila a. © Un aceptor 
primarlo d e electrones capta el electrón, también en el centro d e reacción. O El electrón pasa por la 
cadena de transporte d e electrones (ETC II). Q Cuando la ETC II transfiere e l electrón, parte de la energía 
liberada se usa para bom bear H ‘ al espacio tllacoldal. En otro proceso, e l gradiente H ‘ que se produce se 
i&a para generar ATP. El electrón sin energía entra en e l centro de reacción del fotosistema I y reemplaza 
a un electrón lanzado. O La luz Incide en el fotosistema I y la energía pasa a l electrón de la s moléculas de 
clorofila en e l centro d e reacción. © El electrón energlzado e s lanzado del centro de reacción y lo captura 
tí aceptor primarlo d e electrones. O El electrón recorre la ETC I. Q Se forma NADPH cuando e l N A D P ' del 
estroma acepta dos electrones encrg lzadosjunto con un H \
www.FreeLibros.me
C a p t a c ió n d e U e n e r g ía s o la r , la f o i o i í m t i r s 1 1 9
A R G U R A 7-7 A c o n te c im ie n to s d e la s re a c c io n e s lu m in o sa s q u e o c u r re n d e n t r o y c e r c a d e la 
m e m b ra n a t i la c o id a l Aquí puede seguirse la ruta de un electrón energlzado por las moléculas 
* la membrana tilacoidal. © l a energía que se libera cuando el electrón pasa por la ETC ll e s aprovechada 
tura bombear H ’ a través de la membrana hasta d espacio tilacoidal. 9 Se genera un gradiente de 
concentración d e H ' a medida que los electrones pasan por la ETC II y se usa su energía para bombear H* 
d espacio tilacoidal a través de la membrana. © D uran te la qulm lósmosls, los H ' fluyen por su gradiente 
de concentración a través de un canal de ATP slntasa, que usa la energía d e l gradiente para generar ATP. 
Aproximadamente se genera una molécula de ATP por cada tres Iones hidrógeno que pasan por e l canal.
(R G U R A 7-7 O ) ™ un a co n cen trad ó n e levada de H * d e n u o 
del e sp ad o (F IG U R A 7-7 © ) , y u n a baja co n ce n tra d ó n e n e l es- 
trom a del e n to rn o . D urante la quim iósm osis, los H * pasan por 
su grad iente de concen tradón a través d e u n cana l espeda l que 
recorre la m em brana tilacoidal. Este canal, llam ado A T P s ln ta s a , 
produce A T P a partir del A D P y e l fosfato disueltos e n e l estrom a 
conform e los H * pasan por el cana l (R G U R A 7-7 O ) .
¿C ó m o se usa e l grad iente d e H * para s in te tiza r A T P ? C o m ­
parem os el grad iente d e H * co n e l agua depositada e n la presa 
de un a p lan ta h id roe léctrica (F IG U R A 7-8). E l agua flu ye p o r las 
turb inas y las hace girar. Estas tu rb inas convierten la energ ía del 
m o v im ie n to d e l agua e n energ ía e léctrica. Ix>s ion es d e h id rógeno 
del e sp ad o tila co id a l (c o m o e l agua detrás d e la p resa) s ó lo p ue ­
den bajar p o r su grad iente del estrom a a través d e canales de A T P 
sintasa. A l igual q ue las tu rb in as q ue generan e lectriddad , la 
A T P sintasa capta la energ ía liberada por e l f lu jo d e I I * y la usa 
para im pu lsar la síntesis d e A T P a p a rtir d e A D P y fosfato.
A R G U R A 7-8 L a e n e rg ía a c u m u la d a e n un "g r a d ie n te ’ 
d e a g u a p u e d e u s a rs e p a ra g e n e ra r e le c tr id d a d
www.FreeLibros.me