Biología (08) · Unidad 5 — La transformación de la energía
Fotosíntesis: la etapa que depende de la luz
En la membrana de los tilacoides, la luz excita a la clorofila de dos fotosistemas. Los electrones que salen se reponen rompiendo agua, y por eso el oxígeno que larga la planta viene del agua. El viaje de los electrones fabrica NADPH y bombea protones al lumen; la ATP sintasa usa ese gradiente para hacer ATP (fotofosforilación).
La explicación
El problema: ¿de dónde sale el oxígeno?
Casi todo el oxígeno que respirás lo largó alguna vez una planta, un alga o una cianobacteria. La ecuación que resume la fotosíntesis es:
6 CO₂ + 6 H₂O + luz → C₆H₁₂O₆ (glucosa) + 6 O₂
Mirándola, el oxígeno podría venir del CO₂ o del agua. La respuesta es del agua, y se probó en 1941 (Ruben y Kamen): le dieron a unas algas agua marcada con un oxígeno pesado (el isótopo ¹⁸O) y el O₂ que largaron salió marcado; cuando marcaron el CO₂, el O₂ salió normal. El oxígeno del CO₂ termina en el azúcar y en agua nueva.
Dos etapas
La fotosíntesis tiene dos etapas que pasan en lugares distintos del cloroplasto (tema 5.1):
Ciclo de Calvin (la etapa que no usa luz directamente), en el estroma: gasta ese ATP y ese NADPH para convertir CO₂ en azúcar (tema 5.3).
El NADPH es un transportador de electrones: una molécula que lleva electrones con mucha energía (poder reductor) de un lugar a otro. El ATP es la moneda de energía de la célula (tema 3.1).
Los fotosistemas
La clorofila no está suelta: está organizada en fotosistemas, grandes complejos de proteínas y pigmentos metidos en la membrana del tilacoide. Cada uno tiene una antena (cientos de pigmentos que captan la luz y se pasan la energía de uno a otro, como en una cadena de manos) y un centro de reacción, donde una clorofila especial recibe esa energía y suelta un electrón.
Hay dos: el fotosistema II (su clorofila del centro se llama P680) y el fotosistema I (P700). Los números se pusieron en el orden en que se descubrieron, no en el orden en que trabajan: el electrón pasa primero por el II.
El camino de los electrones
Seguí un electrón de punta a punta:
2. Para reponerlo, el fotosistema II le saca electrones al agua: es la fotólisis del agua. De cada 2 H₂O salen 4 electrones, 4 protones (H⁺) y 1 O₂, que se va de la planta.
3. El electrón baja por una cadena de transporte de la membrana. Al pasar, esa cadena bombea protones del estroma al lumen del tilacoide.
4. Llega al fotosistema I, la luz lo vuelve a excitar y sale con energía de nuevo.
5. Al final, una enzima del lado del estroma le entrega dos electrones y un protón al NADP⁺, que queda como NADPH.
Las cuentas fijas: cada O₂ sale de 2 H₂O y libera 4 electrones; cada NADPH se lleva 2. Así que por cada O₂ que larga la planta se forman 2 NADPH.
La fotofosforilación: el ATP
Los protones del agua rota y los que bombea la cadena se juntan en el lumen: adentro del tilacoide hay muchos más H⁺ que en el estroma. Ese desnivel es un gradiente de protones, energía guardada como el agua detrás de un dique. Los protones sólo pueden volver al estroma por un canal: la ATP sintasa, que gira con el paso de los protones y pega un fosfato al ADP. El ATP queda del lado del estroma, justo donde lo necesita el ciclo de Calvin.
Fabricar ATP con la energía de la luz se llama fotofosforilación. Cuando el camino es el recién descrito (agua → II → I → NADPH) se llama no cíclica. Hay además una variante cíclica: el electrón del fotosistema I vuelve a la cadena en vez de ir al NADP⁺. Da ATP, pero ni NADPH ni O₂, porque no se toca el agua.
Entran: luz, H₂O, NADP⁺, ADP y fosfato.
Salen: O₂ (al aire), NADPH y ATP (al estroma, para el ciclo de Calvin).
El CO₂ NO participa en esta etapa.
Lo que frena la fotosíntesis: el factor limitante
Una planta acuática como la elodea larga burbujitas de O₂: contarlas es medir la fotosíntesis. Si se sube la luz, al principio las burbujas aumentan; llega un punto en que, por más luz que se agregue, no suben más. Ahí lo que frena es otra cosa: el CO₂, o la temperatura, que mueve las enzimas del ciclo de Calvin.
Esa es la idea de factor limitante: la velocidad la fija el recurso que está más escaso, como la caja más lenta del supermercado fija cuánto tarda la fila. Con poca luz, manda la luz; con mucha luz, manda el CO₂. La temperatura tiene un óptimo: por encima, las enzimas pierden su forma y la tasa cae.
1. Fijate qué variable se cambió y si la tasa respondió.
2. Si subir esa variable sube la tasa, era ella la que limitaba.
3. Si subirla no cambia nada, el límite está en otra: buscá cuál de las demás está baja.
Una planta larga 3 moléculas de O₂ en la etapa que depende de la luz (fotosíntesis no cíclica). ¿Cuántas moléculas de agua se rompieron, cuántos electrones salieron de ellas y cuántos NADPH se pueden formar con esos electrones?
El dato que ordena todo: la fotólisis del agua es 2 H₂O → O₂ + 4 H⁺ + 4 e⁻.
Electrones. Cada O₂ deja 4 electrones. Para 3 O₂: 3 × 4 = 12 electrones.
NADPH. Cada NADP⁺ recibe 2 electrones para volverse NADPH. 12 / 2 = 6 NADPH.
Control: por cada O₂ salen 2 NADPH. 3 O₂ → 6 NADPH. Coincide.
Y el ATP. No se puede contar con la misma sencillez: depende de cuántos protones se acumularon y de cuántos hacen falta para cada vuelta de la ATP sintasa. Lo que sí es seguro es de dónde sale: del gradiente de protones del lumen hacia el estroma.
Dónde se pierde el punto: en contar 1 molécula de agua por O₂ (la molécula de O₂ tiene dos átomos de oxígeno, y cada agua aporta uno) o en dividir los electrones por 4 en vez de por 2 para el NADPH.
Un estudiante pone una rama de elodea en agua, con una lámpara a distintas distancias, y cuenta las burbujas por minuto: muy cerca, 30; cerca, 30; a media distancia, 18; lejos, 6. Después, con la lámpara muy cerca, le agrega bicarbonato al agua (que aporta CO₂) y cuenta 45. Interpretá los resultados.
Qué se mide: las burbujas son O₂, el producto de la etapa que depende de la luz. Más burbujas, más fotosíntesis.
Cerca y muy cerca: 30 y 30. Más luz ya no cambia nada: la luz dejó de ser lo que frena.
Con bicarbonato: sube a 45. Entonces lo que limitaba con mucha luz era el CO₂.
Por qué el CO₂ cambia las burbujas de O₂, si el CO₂ no entra en la etapa luminosa: porque las dos etapas están enganchadas. Si el ciclo de Calvin no gasta el NADPH y el ATP, no se recupera NADP⁺ ni ADP, y la etapa luminosa se frena por falta de con qué trabajar.
Una salvedad del diseño: una lámpara muy cerca también calienta el agua; un buen experimento pone un vaso con agua entre la lámpara y la planta, para no mezclar luz con temperatura.
Dónde se pierde el punto: en concluir que «a partir de cierta luz la planta deja de hacer fotosíntesis». No deja: hace la máxima que le permite el factor que ahora es el más escaso.
Dónde se cae la mayoría
- Decir que el O₂ de la fotosíntesis viene del CO₂. Viene del agua, que se rompe en el fotosistema II; el oxígeno del CO₂ termina en el azúcar.
- Poner al CO₂ como reactivo de la etapa que depende de la luz. El CO₂ recién entra en el ciclo de Calvin, en el estroma.
- Creer que la luz fabrica el ATP directamente. La luz mueve electrones; los electrones bombean protones; y el gradiente de protones mueve a la ATP sintasa.
- Pensar que los protones se acumulan en el estroma. Se acumulan en el lumen del tilacoide y vuelven al estroma por la ATP sintasa.
- Ordenar los fotosistemas por su número. El electrón pasa primero por el II y después por el I; los números son del orden en que se descubrieron.
Hasta acá la explicación. La práctica es la otra mitad: 7 ejercicios de este tema, en cuatro niveles, que no te dicen sólo si está bien al final sino que te corrigen en cada paso y te explican por qué. Además trae una animación que muestra la idea en movimiento y un simulador donde los números los elegís vos.
Practicar Fotosíntesis: la etapa que depende de la luz →Dónde entra este tema en el parcial
- Primer parcial — Una hoja al sol20 puntos · resuelto paso a paso
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