El anabolismo construye moléculas complejas a partir de otras sencillas: son reacciones de reducción que consumen energía (ATP) y poder reductor (NADPH). Los organismos autótrofos fabrican materia orgánica a partir de materia inorgánica gracias a la luz (fotosíntesis) o a la oxidación de compuestos inorgánicos (quimiosíntesis). La fotosíntesis oxigénica sostiene casi toda la vida del planeta.
Objetivos
- Escribir la ecuación global de la fotosíntesis y localizar sus fases en el cloroplasto
- Describir la fase luminosa: fotosistemas, fotólisis del agua, flujo acíclico y cíclico
- Describir el ciclo de Calvin y calcular el ATP y el NADPH necesarios
- Explicar los factores que influyen en la fotosíntesis y definir la quimiosíntesis
1. Visión general
6 CO₂ + 12 H₂O + luz → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ + 6 H₂O
| Fase | Localización | Entradas | Salidas |
|---|---|---|---|
| Luminosa | Membrana de los tilacoides | Luz, H₂O, ADP + Pᵢ, NADP⁺ | O₂, ATP, NADPH |
| Oscura o biosintética (ciclo de Calvin) | Estroma | CO₂, ATP, NADPH | Glúcidos (gliceraldehído-3-fosfato), ADP, NADP⁺ |
2. La fase luminosa
Fotosistema: Complejo de pigmentos (clorofilas, carotenoides) y proteínas en la membrana del tilacoide. La antena capta la luz y transfiere la energía al centro de reacción, donde una clorofila especial cede un electrón. Fotosistema II: centro P680. Fotosistema I: centro P700.
- La luz excita el P680 del PSII, que cede electrones a una cadena de transporte.
- El PSII recupera sus electrones de la fotólisis del agua: H₂O → 2 H⁺ + 2 e⁻ + ½ O₂.
- Los electrones pasan por la plastoquinona, el complejo citocromo b₆f y la plastocianina hasta el PSI; en el trayecto se bombean H⁺ al interior del tilacoide.
- La luz excita el P700 del PSI; sus electrones llegan a la ferredoxina y reducen el NADP⁺ a NADPH.
- Los H⁺ salen al estroma a través de la ATP sintasa: fotofosforilación (mecanismo quimiosmótico).
| Flujo de electrones | Fotosistemas | Productos |
|---|---|---|
| Acíclico (esquema en Z) | PSII y PSI | ATP, NADPH y O₂ |
| Cíclico | Solo PSI (los electrones vuelven al citocromo b₆f) | Solo ATP (ni NADPH ni O₂) |
3. El ciclo de Calvin
- Fijación: la enzima RuBisCO une el CO₂ a la ribulosa-1,5-bisfosfato (5 C); el compuesto de 6 C se rompe en 2 moléculas de 3-fosfoglicerato (3 C).
- Reducción: el 3-fosfoglicerato se reduce a gliceraldehído-3-fosfato (G3P) gastando ATP y NADPH.
- Regeneración: la mayor parte del G3P se usa para regenerar la ribulosa-1,5-bisfosfato, con gasto de ATP. El resto sale del ciclo para formar glucosa, almidón, sacarosa, ácidos grasos o aminoácidos.
Coste de una glucosa
- Por cada CO₂ fijado: 3 ATP y 2 NADPH
- Una glucosa tiene 6 C: hacen falta 6 vueltas
- 6 × 3 = 18 ATP y 6 × 2 = 12 NADPH
18 ATP y 12 NADPH por glucosa
4. Factores, fotorrespiración y quimiosíntesis
- Intensidad luminosa: el rendimiento aumenta hasta un punto de saturación.
- Concentración de CO₂: aumenta el rendimiento hasta un límite.
- Temperatura: aumenta hasta un óptimo; a temperaturas altas las enzimas se desnaturalizan.
- Escasez de agua: los estomas se cierran y entra menos CO₂.
- Concentración de O₂: mucho O₂ favorece la fotorrespiración, en la que la RuBisCO actúa como oxigenasa y se pierde CO₂ fijado. Las plantas C4 y CAM la reducen con mecanismos de concentración de CO₂.
Quimiosíntesis: Síntesis de materia orgánica usando la energía de la oxidación de compuestos inorgánicos (NH₃, NO₂⁻, H₂S, Fe²⁺). La realizan bacterias como las nitrificantes (Nitrosomonas: NH₃ → NO₂⁻; Nitrobacter: NO₂⁻ → NO₃⁻) o las sulfobacterias. Esenciales en los ciclos biogeoquímicos.
Anabolismo heterótrofo: todas las células sintetizan sus propias biomoléculas a partir de precursores sencillos, por ejemplo la gluconeogénesis (glucosa a partir de lactato, aminoácidos o glicerol, en el hígado), la glucogenogénesis (glucógeno a partir de glucosa) y la síntesis de ácidos grasos en el citosol a partir de acetil-CoA.
Recuerda
- Fase luminosa (tilacoides): luz + H₂O → O₂ + ATP + NADPH.
- El O₂ procede de la fotólisis del agua en el fotosistema II.
- Flujo acíclico: PSII + PSI, produce ATP, NADPH y O₂; cíclico: solo PSI y ATP.
- Ciclo de Calvin (estroma): RuBisCO fija CO₂ a la ribulosa-1,5-bisfosfato; 18 ATP y 12 NADPH por glucosa.
- Quimiosíntesis: energía de la oxidación de sustancias inorgánicas (bacterias nitrificantes).
¡Ahora te toca a ti!
Comprueba que lo has entendido con los ejercicios y repasa con el resumen.