Fase luminosa para niños
La fase luminosa es la primera parte de la fotosíntesis, un proceso vital para las plantas y otros seres vivos. En esta fase, las plantas usan la energía de la luz solar para crear energía química. Esta energía se guarda en moléculas especiales llamadas ATP y NADPH.
Durante la fase luminosa, las plantas también dividen moléculas de agua. Al hacer esto, liberan oxígeno al aire, que es lo que respiramos. El hidrógeno que se forma se usa más tarde. La energía (ATP y NADPH) que se produce en esta fase es muy importante, porque se usará en la fase oscura para que la fotosíntesis pueda seguir adelante.
Todo este proceso ocurre dentro de unas estructuras diminutas en las células de las plantas, llamadas cloroplastos. Específicamente, sucede en unas membranas internas de los cloroplastos, llamadas tilacoides. Allí, unas proteínas especiales con clorofila se agrupan en unidades llamadas fotosistemas.
Existen dos tipos principales de fotosistemas, el Fotosistema I y el Fotosistema II. Ambos funcionan gracias a unos pigmentos, como la clorofila (a y b) y los carotenoides, que son los encargados de capturar la luz del sol. Estos pigmentos pueden absorber diferentes colores de luz, lo que ayuda a que la fotosíntesis sea más eficiente.
Contenido
¿Cómo se organiza la maquinaria de la fotosíntesis?
El cloroplasto: La fábrica de energía
En las plantas y otros organismos que hacen fotosíntesis, este proceso ocurre dentro de unas pequeñas "fábricas" llamadas cloroplastos. Los cloroplastos tienen un sistema complejo de membranas internas que se llaman tilacoides.
Los tilacoides son muy importantes porque contienen la clorofila, el pigmento verde que atrapa la luz. Es en los tilacoides donde ocurren las reacciones de la fase luminosa. Las reacciones de la fase oscura, donde se produce el alimento, ocurren en el estroma, que es el espacio que rodea a los tilacoides.
Muchos tilacoides se apilan como monedas, formando estructuras llamadas grana. Otros tilacoides no están apilados y se llaman lamelas del estroma. Los cloroplastos suelen estar rodeados por dos membranas que los protegen. Además, los cloroplastos tienen su propio ADN y ribosomas, lo que les permite fabricar muchas de sus propias proteínas.
Proteínas importantes en las membranas
Dentro de las membranas de los tilacoides hay muchas proteínas esenciales para la fotosíntesis. Estas proteínas están incrustadas en la membrana y son cruciales para capturar la luz y mover la energía. Los centros de reacción, que son los lugares donde la energía de la luz se convierte en energía química, y las enzimas que transportan electrones, son ejemplos de estas proteínas.
¿Dónde se encuentran los fotosistemas I y II?
Los dos tipos de fotosistemas, el Fotosistema I y el Fotosistema II, no están en el mismo lugar exacto dentro de la membrana del tilacoide. El Fotosistema II se encuentra principalmente en las pilas de tilacoides (los grana). En cambio, el Fotosistema I y las proteínas que ayudan a crear ATP se encuentran más en las lamelas del estroma y en los bordes de los grana.
Esta separación significa que los dos eventos principales de la fotosíntesis están un poco alejados. Se cree que esta distancia ayuda a que la energía se distribuya de manera más eficiente entre los dos fotosistemas.
Complejos que captan la luz (LHC)
Los complejos recolectores de luz, o LHC (por sus siglas en inglés), actúan como "antenas" que capturan la luz. Forman parte de los fotosistemas, junto con el centro de reacción. Estos complejos están hechos de moléculas de pigmentos, como la clorofila a y b, que están unidas a proteínas, y también algunos carotenoides.
Por ejemplo, el complejo que capta la luz en el Fotosistema II (llamado LHC-II) contiene varias moléculas de clorofila a, clorofila b y carotenoides.
Cuando un fotón (una partícula de luz) es absorbido por cualquiera de las moléculas de clorofila en la antena, su energía se transfiere al centro de reacción. Esta energía hace que un electrón se mueva. La energía de los fotones se transfiere de un pigmento a otro hasta llegar al centro de reacción.
Tener muchos pigmentos en la antena permite que la planta absorba luz de diferentes colores. Esto hace que la fotosíntesis sea más efectiva, ya que puede aprovechar un rango más amplio de luz. Por ejemplo, la clorofila P680 en el Fotosistema II y la clorofila P700 en el Fotosistema I son pigmentos clave.
Centros de reacción: El corazón de la fotosíntesis
Para que la fotosíntesis ocurra, la energía de los electrones que han sido "excitados" por la luz debe ser transferida a un pigmento especial. Este pigmento se llama Centro de reacción. Un centro de reacción está formado por un pigmento principal, el primer aceptor de electrones y el primer donador de electrones.
En la fotosíntesis, hay dos centros de reacción, uno para el Fotosistema I y otro para el Fotosistema II. La energía de la luz "viaja" de un pigmento a otro hasta llegar a estos centros.
Estos centros de reacción transfieren un electrón con mucha energía a un "receptor" (como la feofitina en el Fotosistema II o A0 en el Fotosistema I). Luego, reciben un electrón con menos energía de un "donador" (como un residuo de tirosina en el Fotosistema II o la plastocianina en el Fotosistema I) para volver a su estado original.
Tipos de fotosistemas
El Fotosistema I (PSI) y el Fotosistema II (PSII) son los encargados de captar la luz y usar su energía para mover electrones a través de una cadena de transporte. Los complejos antena de estos fotosistemas atrapan los fotones de luz, lo que eleva los electrones a niveles de energía más altos. Esta energía se transfiere entre las moléculas de clorofila.
En el centro del Fotosistema II, ocurre un proceso llamado fotólisis del agua. Esto significa que la molécula de agua se rompe en oxígeno (O), dos protónes y dos electrones. El oxígeno se une con el de otra molécula de agua para formar oxígeno molecular (O2), que se libera al aire. Los protones se mueven al interior del tilacoide, creando un "gradiente" de energía que será usado por la ATPasa para producir ATP. Los electrones reemplazan los que perdió la clorofila original.
Para que la energía de la luz sea absorbida, los electrones deben excitarse en dos lugares diferentes: los fotosistemas I y II. Los fotosistemas son grupos de proteínas en las membranas que contienen los pigmentos fotosintéticos. Su función es captar la energía de la luz para usarla en el transporte de electrones y protones.
- Fotosistema I (PSI)
* Capta la energía de la luz con una longitud de onda de 700 nanómetros (nm) o menos. * Pigmentos antena: Solo captan la luz y no inician reacciones. En las plantas, predomina la clorofila a. * Centro de reacción: La molécula principal es la clorofila a (clorofila aI), que absorbe luz alrededor de los 700 nm, por eso se le llama clorofila P700. Tiene un aceptor primario (A0) y un donador (plastocianina). Los pigmentos antena transfieren la energía capturada al centro de reacción.
- Fotosistema II (PSII)
* Capta la energía de la luz con una longitud de onda de 680 nm o menos. * Pigmentos antena: Funcionan igual que en el Fotosistema I. En plantas, tienen clorofila a, más clorofila b y xantofilas. * Centros de reacción: La molécula principal es la clorofila aII, que absorbe a 680 nm, por eso se le conoce como clorofila P680. El aceptor primario es la feofitina y el donador primario es el donador Z.
La forma en que se distribuyen los fotosistemas I y II, así como otras proteínas, no es al azar. El Fotosistema I y la ATP sintasa se encuentran en áreas donde las membranas no están muy apiladas. El Fotosistema II y el complejo citocromo b/f están en las regiones donde las membranas sí están muy apiladas.
Esta separación evita que la energía absorbida por el Fotosistema II se transfiera directamente al Fotosistema I. También ayuda a que el Fotosistema I esté en un lugar donde el NADP+ (una molécula que acepta electrones) sea más accesible.
Los eventos de excitación en el Fotosistema I ocurren de manera similar al Fotosistema II:
- La luz es capturada por unas 200 moléculas de clorofila (a y b) o pigmentos accesorios (antena).
- La energía absorbida se mueve por resonancia a la P700.
- La P700 pasa el electrón a un aceptor (A0).
- Para volver a su estado normal, la P700 toma un electrón de la plastocianina.
- El electrón pasa por una serie de aceptores hasta llegar a la ferredoxina.
- Finalmente, una enzima llamada ferredoxina-NADP+ oxidorreductasa transfiere los electrones al NADP+.
Existen otros dos complejos de proteínas importantes en las membranas de los tilacoides que no están unidos a clorofilas: el complejo del citocromo b6f y el complejo de la ATP-sintasa.
El citocromo b6f es como un puente en el transporte de electrones entre el Fotosistema II y el Fotosistema I. Ayuda a crear un gradiente de energía química que el complejo ATP sintasa usará para producir ATP en un proceso llamado fotofosforilación.
La función del Fotosistema II está relacionada con la división de las moléculas de agua (H2O) en 2 protones (H+) y O2. Los dos electrones de los átomos de hidrógeno del agua son captados por el centro de reacción del Fotosistema II (P680). La energía de la luz, captada por el Fotosistema II y sus complejos antena, eleva estos electrones a un nivel de energía superior.
Desde este nivel de energía más alto, el electrón puede "descender" a través de una cadena de transporte de electrones. En esta cadena participan moléculas como la plastoquinona, el complejo del citocromo b6f y la plastocianina.
Durante este camino, parte de la energía del electrón se usa (gracias al citocromo b6f) para crear un gradiente de energía a través de las membranas de los tilacoides. Este gradiente se usa para que la ATP sintetasa produzca ATP. Es similar a cómo el agua que cae de una presa hace girar turbinas para generar electricidad.
La plastocianina transporta los electrones hasta el Fotosistema I, que también tiene un centro de reacción (P700) y un complejo antena para captar la luz. Los electrones que llegan al Fotosistema I son impulsados de nuevo por la energía de la luz a un nivel energético superior. Luego, son transportados a través de otra cadena de aceptores hasta llegar a una molécula final, el NADP+.
Esta molécula, que finalmente capta los electrones, se usará junto con el ATP producido en la siguiente fase de la fotosíntesis, el ciclo de Calvin. En esta fase, el dióxido de carbono del aire se convierte en materia orgánica, que es el alimento de la planta.
Más información
- Fotosíntesis
- Fase oscura
- Respiración celular
Véase también
En inglés: Light-dependent reaction Facts for Kids
