La diferencia entre la fotofosforilación cíclica y no cíclica

La mayoría de los materiales orgánicos requeridos por los organismos se crean a partir de los productos de la fotosíntesis. La fotosíntesis implica la conversión de la energía de la luz en energía que puede ser utilizada por la célula, especialmente la energía química. En plantas y algas, la fotosíntesis ocurre en un orgánulo llamado cloroplasto, que contiene una membrana externa, una membrana interna y una membrana tilacoide (https: // en.Wikipedia.org/wiki/cloroplasto).

La fotosíntesis se puede dividir en dos partes principales: (1) las reacciones fotosintéticas de transferencia de electrones ("reacciones de luz") y (2) las reacciones de fijación de carbono ("reacciones oscuras"). Las "reacciones de luz" implican la luz solar que los electrones energizantes en la clorofila del pigmento fotosintético, que luego viajan a lo largo de una cadena de transporte de electrones en la membrana tilacoidea, lo que resulta en la formación de ATP y NADPH.  Las "reacciones oscuras" implican la producción de compuestos orgánicos de CO2 utilizando el ATP y NADPH producido por las "reacciones de luz" y no se discutirán más a fondo en este artículo.

La fotosíntesis implica el uso de dos fotosistemas (Photosistema I y Photosistema II) para aprovechar la energía de la luz usando electrones para producir ATP y NADPH, que luego puede ser utilizado por la célula como energía química para hacer compuestos orgánicos. Los fotosistemas son grandes complejos de proteínas que se especializan en recolectar energía de la luz y convertirla en energía química. Los fotosistemas consisten en dos partes: un complejo de antena y un centro de reacción fotoquímica. El complejo de la antena es importante para capturar la energía de la luz y transmitir esa energía al centro de reacción fotoquímica, que luego convierte la energía en formas utilizables para la célula.

Primero, la luz excita un electrón dentro de una molécula de clorofila en el complejo de antena. Esto implica un fotón de luz que hace que un electrón se mueva a un orbital de mayor energía. Cuando se excita un electrón en una molécula de clorofila, es inestable en el orbital de mayor energía, y la energía se transfiere rápidamente de una molécula de clorofila a otra por transferencia de energía de resonancia hasta que alcanza las moléculas de clorofila en un área conocida como la centro de reacción fotoquímica. Desde aquí, los electrones excitados se transmiten a una cadena de aceptores de electrones. La energía de la luz provoca la transferencia de electrones de un donante de electrones débil (con una fuerte afinidad por los electrones) a un donante de electrones fuerte en su forma reducida (con un electrón de alta energía). Los donantes de electrones específicos utilizados por un organismo o fotosistema determinado pueden variar y se discutirán más adelante para los fotosistemas I y II en plantas.

En las plantas, la fotosíntesis da como resultado la producción de ATP y NADPH por un proceso de dos pasos conocido como fotofosforilación no cíclica. El primer paso de la fotofosforilación no cíclica implica el fotosistema II. Los electrones de alta energía (causados ​​por la energía de la luz) de las moléculas de clorofila en el centro de reacción del fotosistema II se transfieren a moléculas de quinona (donantes de electrones fuertes). Photosystem II utiliza agua como un donante de electrones débil para reemplazar las deficiencias de electrones causadas por la transferencia de electrones de alta energía desde moléculas de clorofila a moléculas de quinona. Esto se logra por una enzima que se divide en el agua que permite que los electrones se eliminen de las moléculas de agua para reemplazar los electrones transferidos de la molécula de clorofila. Cuando se eliminan 4 electrones de dos moléculas H2O (correspondientes a 4 fotones), se libera O2. Las moléculas de quinona reducidas pasan los electrones de alta energía a una bomba de protones (H+) conocida como citocromo b6-F complejo. El citocromo b6-F El complejo bombea H+ al espacio tilacoide, creando un gradiente de concentración a través de la membrana tilacoidea.

Este gradiente de protones luego impulsa la síntesis de ATP por la enzima ATP sintasa (también llamada ATPasa F0F1). ATP sintasa proporciona un medio para que los iones H+ viajen a través de la membrana tilacoide, por su gradiente de concentración. El movimiento de iones H+ por su gradiente de concentración impulsa la formación de ATP de ADP y PI (fosfato inorgánico) por ATP sintasa. La ATP sintasa se encuentra en bacterias, arquea, plantas, algas y células animales y tiene un papel tanto en la respiración como en la fotosíntesis (https: // en.Wikipedia.org/wiki/atp_synthase).

La transferencia final de electrones del fotosistema II es la transferencia de electrones a una molécula de clorofila deficiente en electrones en el centro de reacción del fotosistema I I. Un electrón excitado (causado por la energía de la luz) de la molécula de clorofila en el centro de reacción del fotosistema I se transfiere a una molécula llamada ferredoxina. A partir de ahí, el electrón se transfiere a NADP+ para crear NADPH.

Fotofosforilación no cíclica produce 1 molécula de ATP y 1 molécula de NADPH por par de electrones; Sin embargo, la fijación de carbono requiere 1.5 moléculas de ATP por molécula de NADPH. Para abordar este problema y producir más moléculas de ATP, algunas especies de plantas usan un proceso conocido como fotofosforilación cíclica. La fotofosforilación cíclica implica solo el fotosistema I, no el fotosistema II, y no forma NADPH u O2. En la fosforilación cíclica, los electrones de alta energía del fotosistema I se transfieren al citocromo b6-F complejo en lugar de ser transferido a NADP+. Los electrones pierden energía a medida que pasan por el citocromo b6-F El complejo de regreso a la clorofila del fotosistema I y H+ se bombea a través de la membrana tilacoidea como resultado. Esto aumenta la concentración de H+ en el espacio tilacoide, que impulsa la producción de ATP por ATP sintasa.

El nivel de fotofosforilación no cíclica versus cíclica que ocurre en una célula fotosintética determinada se regula en función de las necesidades de la célula. De esta manera, la célula puede controlar la cantidad de energía de la luz que convierte en potencia reductora (alimentada por NADPH) y cuánto se convierte en enlaces de fosfato de alta energía (ATP).