Funcion del Cloroplasto

4.8.- FUNCION DEL CLOROPLASTO.

        Una visión general de la fotosíntesis: La fotosíntesis implica dos procesos bioquímicos principales: la transducción de la energía y la asimilación de carbono. La energía luminosa se capta, durante las reacciones de  transducción de energía, por las moléculas de clorofila y se convierte en energía química en forma de ATP y de coenzima NADPH reducido. EI ATP y el NADPH, generados por las reacciones de transducción de energía, proporcionan posteriormente la energía y poder reductor necesarios para las reacciones de asimilación del carbono. Los átomos de carbono del dióxido de carbono, completamente oxidados, se fijan (reducidos o agregados covalentemente), durante las reacciones de asimilación del carbono, comúnmente llamadas ciclo de Calvin, a moléculas orgánicas aceptoras y después se reorganizan para formar carbohidratos y otros compuestos orgánicos necesarios para construir una célula viva.

        La energía solar se captura por los miembros de una familia de moléculas pigmentarias verdes llamadas clorofilas, las cuales desempeñan un papel clave en toda la vía de transducción de energía de los fotoautótrofos. Las clorofilas están presentes en las hojas verdes de las plantas así como en las células de algas y bacterias fotosintéticas. La absorción de luz por la molécula de clorofila excita uno de sus electrones, el cual entonces se expulsa desde la  molécula y fluye a favor de gradiente energético a través de un sistema de transporte de electrones (ETS) muy parecido al ETS que vimos previamente en la mitocondria. Este flujo de electrones, como en la mitocondria, está unido a una bomba de protones unidireccional la cual almacena la energía en un gradiente electroquímico de protones que conduce a la síntesis de ATP. En la mitocondria, como puede recordar este proceso se conoce como fosforilación oxidativa la  síntesis de ATP impulsada por la energía obtenida desde la oxidación de los compuestos orgánicos. En los organismos fotosintéticos, la síntesis de ATP impulsada por la energía obtenida por el sol se llama fotofosforilación.

        Los fotoautótrofos necesitan para incorporar los átomos de carbono completamente oxidados desde el dióxido de carbono en moléculas orgánicas no sólo ATP sino también NADPH, la forma reducida de la coenzima nicotinamida adenina dinucleótido fosfato (NADP-). En los fotótrofos oxigénicos -plantas, algas y cianobacterias- la energía Iumínica absorbida por la clorofila y otras moléculas pigmentarias impulsa el movimiento de electrones desde el agua, que tiene un potencial de reducción muy positivo, a la ferredoxina, la cual tiene un potencial de reducción muy negativo. Luego los electrones viajan exergónicamente desde la ferredoxina al NADP+, generando de ese modo NADPH. En los fotótrofos anoxigénicos -bacterias verdes y purpúreas- compuestos con potenciales de reducción menos positivos que el agua, tales como el ion hidrógeno sulfuro (SH-), el ion tiosulfato ( S2O32-),o el succinato sirven como donadores de electrones. La generación de NADPH dependiente de la luz se llama fotorreducción, en fotótrofos oxigénicos y anoxigénicos.

        La transducción de energía fotosintética: Necesitamos entender la naturaleza de la luz (radiación electromagnética) y su interacción con las moléculas, para entender cómo la energía luminosa se convierte en energía química dentro de un cloroplasto o de una bacteria. La luz se considera a menudo una onda; la porción visible del espectro electromagnético con longitudes de ondas que oscilan aproximadamente entre 380 a 750 nm. Sin embargo, la luz también se comporta como un flujo de partículas diferenciadas llamadas protones, cada protón es portador de un quanto (paquete indivisible) de energía. La longitud de onda de un fotón y la cantidad exacta de energía que porta se relacionan inversamente. Un fotón de luz ultravioleta o azul, por ejemplo, tiene una longitud de onda más corta y lleva un quanto de energía más grande que un fotón de luz roja o infrarroja.

        Cuando un fotón se absorbe por un pigmento (molécula absorbente de luz), como es la clorofila, la energía del fotón se traslada a un electrón, el cual es energizado desde su estado basal en un orbital de baja energía a un estado excitado en un orbital de alta energía. Este acontecimiento llamado fotoexcitación, es el primer paso en la fotosíntesis.

        Los pigmentos muestran espectros de absorción característicos, debido a que cada pigmento tiene una configuración diferente de electrones y a que los orbitales electrónicos se caracterizan por niveles de energía diferentes. Las longitudes de onda de la luz absorbida por un pigmento corresponden con las transiciones de orbital que pueden experimentar los electrones en la molécula. Un electrón fotoexcitado en una molécula de pigmento no es estable, y debe regresar a su estado basal en un orbital de baja energía o experimentara transferencia a un orbital de alta energía relativamente estable, normalmente en una molécula diferente. Cuando el electrón regresa a un orbital de baja energía en la molécula de pigmento, la energía absorbida tiene dos destinos potenciales. Frecuentemente, la energía de excitación se pierde cuando la molécula de pigmento libera una combinación de calor y un fotón que lleva un quanto de energía más pequeño (fluorescencia).

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