Fotosíntesi: Processos i Reaccions

Fotosíntesi i Processos Relacionats

La fotosíntesi és la transformació de la matèria inorgànica en orgànica mitjançant l'energia de la llum. D'aquest procés, que es produeix als cloroplasts de les cèl·lules vegetals, en depenen tots els organismes de la Terra.

Cloroplast

Organització:

• Té forma reticulada amb estructura granular i dues membranes que aïllen els sistemes interns de l'exterior. La membrana és molt més rica en sulfolípids que la membrana citoplasmàtica.
• El cloroplast presenta autonomia genètica, fet que implica que la cèl·lula i aquest orgànul tinguin informació diferent. Per aquesta raó, es creu que l'origen del cloroplast prové d'una simbiosi entre un cianòfit i una cèl·lula, que amb el temps donarien lloc a una cèl·lula eucariota.
• L'herència és per via materna, és a dir, els gens només es troben presents al cromosoma femení.
• Tenen capacitat de divisió.
• Moltes proteïnes es codifiquen parcialment al cloroplast i al nucli.
• Els tilacoides granals tenen composició i propietats diferents dels tilacoides estromals (que no formen part de la grana).
  • Tilacoide estromal: la relació clorofil·la a / clorofil·la b és major (Fotosistema I).
  • Tilacoide granal: la relació clorofil·la a / b és menor (Fotosistema I i II).

Estroma: medi interior del cloroplast on es produeix el cicle de Calvin (conversió del CO₂).

Lúmen: medi interior dels tilacoides (el conjunt de tilacoides forma una grana).

maduració: La primera fase del cloroplast és la formació del proplast (qualsevol cèl·lula de la planta menys el floema). Posteriorment, la membrana interna pateix un replegament formant tilacoides. Si aquesta cèl·lula rep llum, les vesícules se separen de la paret interna i es tanquen, donant pas al cloroplast. Si no rep llum (com a l'arrel), formarà un etioplast, que és una cèl·lula on les vesícules es tanquen però no poden sintetitzar fins que reben llum; aquestes són les cèl·lules etiolades.

Classificació:

• Cloroplast: pigment fotosintètic i clorofil·les.
• Cromoplast: pigment fotosintètic però no de clorofil·les (color vermell).
• Leucoplast: no presenten pigments i es divideixen en:
  • Amiloplast (sintetitzen midó)
  • Proteinoplast (acumulen proteïnes)
  • Elaioplast (acumulen greixos)

Espectre d'absorció i d'acció de la llum

Els espectres d'absorció dels pigments són molt similars a l'espectre de la llum. Això fa que hi hagi una perfecta adaptació a la llum solar que incideix a la Terra. Les plantes superiors aprofiten bé les radiacions entre 400 i 700 nm.

• Clorofil·la: són pigments fotosintètics verds que consten de quatre anells pirròlics.
• Ficobilines: són estructures amb anells recoberts amb nitrogen.
• Carotenoides: cadenes llargues amb anells als extrems que intervenen en el metabolisme secundari.

Organització dels pigments als tilacoides

• Fotosistema I:
  • CCI: Centre de reacció I (P700): clorofil·la a i alguns carotenoides. La màxima absorció és als 700 nm.
  • LHC I: Complex antena I: clorofil·la a i b.
• Fotosistema II:
  • CCII: Centre de reacció II (P680): clorofil·la a. La màxima absorció és als 680 nm.
  • LHC II: Complex antena II.

En els centres de reacció es produeix la transferència electrònica i els complexos antena serveixen per captar energia cap als complexos I i II. Els pigments fotosintètics són la causa que funcioni la cadena transportadora d'electrons. La llum excita, segons la seva longitud d'ona, un fotosistema o un altre. D'aquí va saltant i es va dirigint cap al complex antena que està al final de l'espècie d'embut que es forma amb els centres de reacció.

Efecte Emerson

El rendiment global és superior en parts que si fem una suma de tot. Existeix una sinergia, és a dir, un acoblament entre els dos sistemes.

C > A + B -> Evidència de la presència de dos fotosistemes actuant conjuntament.

Reaccions lluminoses

La clorofil·la està a les membranes tilacoides del cloroplast. Un fotosistema és un complex proteic transmembranal de múltiples subunitats que posseeixen molècules de clorofil·la antena, centre de reacció i cadena transportadora d'electrons.

• Fotosistema II: Primer aquest fotosistema extreu els e^- de H₂O i els transfereix al fotosistema I a través de la cadena transportadora, alliberant O₂. Els protons provoquen una diferència de pH a l'interior de l'estroma i un gradient de H⁺.
• Fotosistema I: Els e^- que provenen del Fotosistema II passen per una altra cadena transportadora d'e^- que serviran per formar NADP⁺ i NADPH. Finalment tenim una diferència de pH i un gradient a l'interior del tilacoide que només pot tornar a travessar la membrana en sentit contrari gràcies a l'ATP sintetasa unida a la membrana, formant així ATP.

Flux electrònic no cíclic

És el procés descrit anteriorment amb la implicació dels dos fotosistemes; la generació d'ATP s'anomena fotofosforilació no cíclica.

Flux electrònic cíclic

Utilitza el fotosistema I i depèn de la concentració de NADP⁺ a l'estroma. Quan la concentració de NADP⁺ és baixa i la de NADPH alta, els e^- creen un flux per crear ATP addicional. En aquest procés no s'allibera O₂ ni es redueix NADP⁺. Per això, s'augmenta l'ATP i no el NADPH, mantenint així l'equilibri.

Reaccions fosques

Es produeixen a l'estroma i la seva funció és fixar el CO₂ atmosfèric en els hidrats de carboni, utilitzant l'energia i el poder reductor generats en les reaccions lluminoses.

Balanç energètic

En la fase lluminosa, l'ATP i el NADPH són necessaris per a reduir el CO₂ a matèria orgànica (fase fosca). Amb la glucosa (C₆H₁₂O₆) s'observa que calen 6 CO₂ i 12 H₂O. Aquesta aigua allibera els 6 O₂ a l'atmosfera. En el cicle de Calvin és necessari, per a cada CO₂, 2 NADPH i 3 ATP.