Fotosíntesis y Quimiosíntesis

Quimiosíntesis Quimio síntesis= quimio + síntesis/ quimio=compuesto + síntesis= separación. La Quimiosíntesis es un proceso de nutrición que suele ser autótrofa y cuya energía para la fijación de materia inorgánica, proviene de la desprendida en reacciones químicas que suelen tener como reactivos al hidrógeno, nitratos, nitritos, sulfuros, etc.

Fases de la Quimiosíntesis La Quimiosíntesis tiene ciertos paralelismos con la fotosíntesis; en ambas hay dos fases bien definidas, una en la que se genera ATP y poder reductor y otra en la que se fija el dióxido de carbono.

Nitrificación: es la oxidación del amoníaco, procedente de la descomposición de los cadáveres y materia orgánica a nitratos. En un primer paso se oxida el amoníaco a nitrito, la realiza la especie bacteriana llamada “Nitrosomonas”. 2NH4+ + 3 O2 2 NO2 + 4 H+ + 2 H2O + 70 Kcal/mol.

En el segundo paso el nitrito se oxida a nitrato y la realiza la bacteria “Nitrobacterias”. NO2- + 1/2 O2 NO3- + 17 Kcal/mol. Oxidación del azufre: se oxida el azufre o sus derivados y se transforman en ácido sulfúrico y sulfato. El resultado es la acidificación del suelo. 2 S + 3 O2 + 2 H2O 2 SO42- + 4 H+ 118 Kcal/mol. H2S + 1/2 O2 S + H2O 41 Kcal/mol.

Oxidación del hidrógeno: ciertos microorganismos oxidan el hidrógeno y el metano: H2 + 1/2 O2 H2O 56 Kcal/mol. CH4 + 2 O2 2 H2O 220 Kcal/mol. Oxidación de iones ferrosos: 4 Fe2+ + 4 H+ + O2 4 Fe3+ + 2 H2O 40 Kcal/mol. Con la energía obtenida con la oxidación de los anteriores sustratos inorgánicos, los microorganismos obtienen ATP y poder reductor (NADPH y NADH) que posteriormente se emplean para la asimilación reductora del Carbono y Nitrógeno.

FOTOSINTESIS

CONCEPTO DE FOTOSÍNTESIS Los organismos fotosintéticos captan la energía de la luz para transformarla en poder reductor (NADPH) y energía (ATP)  Fase luminosa o lumínica. La energía y poder reductor se emplean en la síntesis de compuestos orgánicos Fase oscura. Reacción global: Dióxido de carbono + Agua + Energía de la luz  Glucosa + Oxígeno 6 CO2 + 6 H2O + 686 kcal/mol  C6H12O6 + 6 O2

LA CLOROFILA Es el pigmento que se excita con la luz. Anillo tetrapirrólico o porfirínico con Mg. La cadena de fitol de carácter apolar es la que permite el anclaje de la clorofila a la membrana tilacoidal. En estas membranas también aparecen pigmentos accesorios como carotenoides (además presentan función protectora) y ficobilinas.

FOTOSISTEMAS Constituidos por pigmentos antena que constituyen el Centro Colector de Luz (CCL) y un par especial de clorofilas, un par especial de clorofila que forman parte del Centro de Reacción (CR). Además, todos estos pigmentos se encuentran asociados a proteínas para constituir el fotosistema. En el CCL los pigmentos fotosensibles actúan como “trampas fotónicas” que canalizan la energía lumínica hacia el par especial de clorofilas del CR. (Mecanismo de la excitación)

FOTOSISTEMAS FSII (P680)El donador de e- es el agua (en la fotosíntesis oxigénica) y el aceptor primario de electrones la feofitina, que lo transfiere al complejo de plastoquinonas. FSI (P700)El donador de e- es la plastocianina y el aceptor el componente X, que lo transfiere a la ferredoxina (Fd)

FOTOSISTEMAS

FASE LUMINOSA En las plantas y algas hay dos vías alternativas para el flujo de electrones, según se activen los dos fotosistemas o solo funcione el fotosistema I.   Cuando se activan los dos fotosistemas ocurre fotofosforilación llamada no cíclica, mientras que cuando solo funciona el fotosistema si ocurre la fotofosforilación cíclica. PC

FOTOFOSFORILACIÓN NO CÍCLICA Por tanto, para formar una molécula de NADPH se necesitan cuatro fotones, dos para cada fotosistema con objeto de que circulen dos electrones, que en principio salen del agua y llegan hasta el NADPH. De esta forma, la fotosíntesis transforma un donante de electrones débil como es el agua, en otro fuerte, el NADPH que será utilizado en la fase oscura. pH=5 pH=8

FASE OSCURA En esta fase el CO2 es incorporado a la materia orgánica, consumiéndose ATP y NADPH sintetizado en la fase luminosa Se distinguen 3 fases: 1.Carboxilación: incorporación del CO2 a la ribulosa-1,5-bisfosfato 2.Reducción: el ácido-1,3-bisfosfoglicérico se reduce a GAL-3-P, incorporándose dos moléculas a la síntesis de glucosa 3.Regeneración: el resto del GAL-3-P se emplea en regenerar la Ribulosa-1,5-bisfosfato.

FASE OSCURA Para la síntesis de una molécula de glucosa son necesarias 6 moléculas de CO2 y, por tanto, son necesarias 6 vueltas al ciclo requieriendo 18 ATP y 12 NADPH para obtener las 2 moléculas de GAL-3-P que saldrán del ciclo para la síntesis de glucosa. Este GAL-3-P extraído del ciclo también puede emplearse en la síntesis de otras moléculas como aa, ácidos grasos,… Este ciclo de reacciones se da en la mayoría de las plantas, y como la primera molécula que aparece en la asimilación del CO2 es de 3 carbonos (Ácido 3- fosfoglicérico) las plantas reciben el nombre de “plantas C3”.

FOTORRESPIRACIÓN Debida a la bifuncionalidad de la RuBisCO, que puede usar oxígeno, en vez de CO2 como sustrato. Esto supone una pérdida de rendimiento ya que se produce la rotura de la Ribulosa-1,5-bifosfato en una molécula de ácido3-fosfoglicérico que sigue el ciclo de Calvin y otra de ácido-2 fosfoglicólico que va a los peroxisomas dond eparte de ella se tranforma en CO2 la eficiencia del proceso se reduce. Según sea la relación de concentraciones entre CO2 y O2 es la que determina que RuBisCO funcione como carboxilasa u oxigenasa.

FOTORRESPIRACIÓN: PLANTAS C4 Y PLANTAS CAM Separación espacial de los procesos de captación de CO2 y carboxilación por la RuBisCO Separación temporal para evitar la pérdida de agua. Los estomas se abren de noche para captar el CO2.