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- Reducir el NADP (nicotinamida adenina dinucleótido fosfato) y los iones H+ a NDPH (adición de electrones).
- Sintetizar ATP (trifosfato de adenosina) a partir de fosfato inorgánico (Pi) y ADP (difosfato de adenosina).
- Dividir el agua en iones H+, electrones y oxígeno.
La ecuación general de la reacción dependiente de la luz es
$$\text{2 H}_{2}\text{O + 2 NADP}^{+}\text{ + 3 ADP + 3 P}_{i} \O{2}{text{ + 2 H}^{+}{text{ + 2 NADPH + 3 ATP}$$
La reacción dependiente de la luz se denomina reacción redox , ya que las sustancias pierden y ganan electrones, hidrógeno y oxígeno en el proceso. Cuando una sustancia pierde electrones, pierde hidrógeno o gana oxígeno, se denomina oxidación. Cuando una sustancia gana electrones, gana hidrógeno o pierde oxígeno, se denomina reducción. Si ocurren simultáneamente, se habla de redox.
Una buena forma de recordar esto (en relación con los electrones o el hidrógeno) es mediante el acrónimo OIL RIG: Oxidación es Pérdida, Reducción es Ganancia.
¿Cuáles son los reactantes en la reacción dependiente de la luz?
Los reactantes de la reacción dependiente de la luz son el agua, el NADP+, el ADP y el fosfato inorgánico (\(\text{ P}_{i})).
Como verás a continuación, el agua es una parte esencial de la fotosíntesis. El agua dona sus electrones e iones H+ mediante un proceso llamado fotólisis, y ambos desempeñan un papel importante en el resto de reacciones dependientes de la luz, sobre todo en la formación de NADPH y ATP.
Lafotólisis se refiere a la reacción durante la cual los enlaces entre los átomos se rompen por la energía de la luz(directa) o la energía radiante(indirecta).
El NADP+ es un tipo de coenzima , un compuesto orgánico no proteico que cataliza una reacción al unirse a una enzima. Es útil en la fotosíntesis, ya que puede aceptar y entregar electrones, ¡esenciales para un proceso lleno de reacciones redox! Se combina con electrones e iones H+ para formar NADPH, una molécula esencial para la reacción independiente de la luz.
La formación de ATP a partir de ADP es una parte vital de la fotosíntesis, ya que a menudo se hace referencia al ATP como la moneda energética de la célula. Al igual que el NADPH, se utiliza para alimentar la reacción independiente de la luz.
La reacción dependiente de la luz en etapas
Hay tres etapas en la reacción dependiente de la luz: oxidación, reducción y generación de ATP. La fotosíntesis tiene lugar en el cloroplasto (puedes refrescar la memoria sobre la estructura en el artículo sobre la fotosíntesis).
Oxidación
La reacción a la luz se produce a lo largo de la membrana tilacoide.
Cuando las moléculas de clorofila, que se encuentran en el fotosistema II (el complejo proteico), absorben energía luminosa, el par de electrones de la molécula de clorofila se eleva a un nivel de energía superior. Estos electrones abandonan la molécula de clorofila y ésta se ioniza. Este proceso se denomina fotoionización.
El agua actúa como donante de electrones para sustituir a los electrones que faltan en la molécula de clorofila. Esto hace que el agua se oxide, es decir, que pierda electrones. El agua se divide en oxígeno, dos iones H+ y dos electrones mediante este proceso (fotólisis). A continuación, la plastocianina (proteína que media en la transferencia de electrones) transporta estos electrones del fotosistema II al fotosistema I para la siguiente parte de la reacción a la luz.
También pasan por la plastoquinona (molécula que interviene en la cadena de transporte de electrones) y el citocromo b6f (una enzima), como podrás ver en la Figura 1, pero no suele ser necesario conocerlos para el nivel A.
La ecuación de esta reacción es
$$ \text{2 H}_{2}\text{O} \text{O}_{2} \text{ + 4 H}^{+} \text{ + 4 e}^{-} $$
Reducción
Los electrones producidos en la última etapa entran en el fotosistema I y llegan al final de la cadena de transporte de electrones. Utilizando la enzima NADP deshidrogenasa como catalizador (acelera las reacciones), se combinan con un ion H+ y NADP+. Esta reacción produce NADPH (nicotinamida adenina dinucleótido fosfato de hidrógeno) y se denomina reacción de reducción, ya que el NADP+ gana electrones. El NADPH se denomina a veces "NADP reducido".
La ecuación de esta reacción es
$$ \text{NADP}^{+} \text{+ H}^{+}\text{ + 2 e}^{-}\text{ }\longrightarrow \text{ NADPH} $$
Efecto del hidróxido de amonio en la fotosíntesis
Varios inhibidores pueden ralentizar este proceso. Uno de ellos es el hidróxido de amonio (). Hace tiempo que se conocen los efectos tóxicos del amoniaco en muchos organismos fotosintéticos. El hidróxido de amonio inhibe la enzima NADP deshidrogenasa, que posteriormente impide que el NADP+ se convierta en NADPH al final de la cadena de transporte de electrones.
Puedes obtener más información sobre ésta y otras sustancias que influyenen la tasa de fotosíntesis en elartículo"investigar la tasa de fotosíntesis práctica".
Generación de ATP
La etapa final de la reacción dependiente de la luz consiste en generar ATP.
En la membrana tilacoide de los cloroplastos, el ATP se genera combinando ADP con fosfato inorgánico. Esto se hace mediante una enzima llamada ATP sintasa. En etapas anteriores de la reacción dependiente de la luz, se han producido iones H+ mediante fotólisis. Esto significa que hay una alta concentración de protones en el lumen del tilacoide, detrás de la membrana que separa este espacio del estroma.
Teoría quimiosmótica
La producción de ATP puede explicarse mediante algo llamado teoría quimiosmótica. Propuesta en 1961 por Peter D. Mitchell, esta teoría afirma que la mayor parte de la síntesis de ATP procede de un gradiente electroquímico establecido sobre la membrana del disco tilacoide. Este gradiente electroquímico se establece a través de la alta concentración de iones H+ en el lumen del tilacoide y la baja concentración de iones H+ en el estroma. Estos iones H+ sólo pueden atravesar la membrana del tilacoide a través de la ATP sintasa, ya que es una proteína canal, lo que significa que tiene un orificio en forma de canal por el que pueden pasar los protones. Cuando estos protones atraviesan la ATP sintasa, hacen que la enzima cambie de estructura. Esto cataliza la producción de ATP a partir de ADP y fosfato.
La ecuación de esta reacción es
$$ \text{ADP + P}_{i}\longrightarrow \text{ATP} $$
¿Qué aspecto tiene la reacción dependiente de la luz en un diagrama?
La figura 1 te ayudará a visualizar la reacción dependiente de la luz. Podrás ver el flujo de electrones del fotosistema II al fotosistema I, así como el flujo de iones H+ desde el lumen del tilacoide hacia el estroma a través de la ATP sintasa.
¿Cuáles son los productos de la reacción dependiente de la luz?
Los productos de la reacción dependiente de la luz son oxígeno, ATP y NADPH.
El oxígeno se libera de nuevo al aire tras la fotosíntesis, mientras que el ATP y el NADPH alimentan la reacción independiente de la luz.
Como ya hemos dicho, el ATP se considera un transportador de energía. El ATP es un nucleótido, formado por una base de adenina unida a un azúcar ribosa y tres grupos fosfato (Figura 2). Estos tres grupos fosfato están unidos entre sí por dos enlaces de alta energía, denominados enlaces fosfoanhídridos. Cuando se elimina un grupo fosfato rompiendo un enlace fosfoanhídrido, se libera energía. Esta energía se utiliza en la reacción independiente de la luz. El NADPH funciona como donante de electrones y como fuente de energía en varias etapas de la reacción independiente de la luz.
Reacción dependiente de la luz - Puntos clave
- La reacción dependiente de la luz es una serie de reacciones de la fotosíntesis que requieren energía luminosa.
- La reacción dependiente de la luz tiene tres funciones: producir NADPH a partir de iones NADP+ y H+, sintetizar ATP a partir de fosfato inorgánico y ADP, y descomponer el agua en iones H+, electrones y oxígeno.
- La ecuación general de la reacción dependiente de la luz es \( \text{2 H}_{2}\text{O + 2 NADP}^{+}{text{ + 3 ADP + 3 P}_{i} \O + 2 H + 2 NADPH + 3 ATP \)
- Los reactantes de la reacción de la luz son oxígeno, ADP y NADP+. Los productos son oxígeno, iones H+, NADPH y ATP. El NADPH y el ATP son moléculas esenciales para la reacción independiente de la luz.
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