La planta y sus nutrientes 4.1.: Fotosíntesis: ¿que hace la luz?. (Salvador González Carcedo).

Muchos alumnos/as para simplificar la fotosíntesis, engloban el proceso en una ecuación sencilla, juntan agua y CO₂  para producir glucosa, ¿y la luz? Pues es la que “hace el proceso”.  La verdad es mucho más compleja. 

Los objetivos fotosintéticos de la luz, cuando ilumina a un vegetal podemos resumirlos en cuatro apartados fundamentales, además de controlar la aprertura y cierre de estomas:

            a) genera un flujo electrónico, al transferir la energía de unas determinadas radiaciones a unos electrones que ocupan un orbital molecular de las clorofilas ubicadas en los fotosistemas.

            b) fotoliza el agua para proveer al sistema de e^– (suficientes para neutralizar las pérdidas generadas en el apartado anterior), de H⁺ (que permita sintetizar un potencial reductor) y de oxígeno (que permita la restauración del consumido por otros seres vivos en la respiración).

            c) sintetizar ATP o potencial energético con destino a las reacciones bioquímicas precisas para la síntesis.

Decía en el post 4 que las radiaciones de un determinado rango del espectro, (680-710 nm) quedaban absorbidas al incidir la luz solar sobre los fotosistemas.  Quién absorbe su energía son unos electrones que giran en unos orbitales moleculares de las clorofilas a y b (la verdad es que hay otras moléculas que facilitan esta acción selectiva).  Así se transforma la energía lumínica en energía electrónica.

Al absorber la energía, se excitan “mueven” tanto, que generan un flujo migratorio dentro de cada fotosistema (decíamos P680 y P700, ¿recuerdan?).  Este flujo se realiza con ayuda de otras moléculas o pares redox, ubicadas en el corazón de cada PS dejando a las clorofilas excitadas huérfanas de aquellos, por lo que ahora decimos de las clorofilas, que se encuentran en una forma química llamada “radical”.  Estos radicales clorofílicos vuelven a una situación “energéticamente basal” gracias a los electrones liberados en la fotolisis del agua.

Los flujos electrónicos tienen un sentido de movimiento: siempre van desde el polo más electronegativo al más electropositivo. Pues el polo positivo resulta ser un distribuidor llamado “ferredoxin-tiorredoxina” que orienta los electrones hacia destinos diferentes según sus necesidades:

            1º  producir NADPH (potencial reductor, de gran interés en el ámbito de la sintesis bioquímica”.

            2º  reducir a los nitritos hasta ión amonio e incorporarla a una molécula orgánica.

            3º  reducir al ión sulfato hasta sulfuro, e incorporarlo a una molécula orgánica.       

            4º  eliminar radicales libres que se generan cuñado hay un estress lumínico.

Los fotosistemas son unidades agregacionales que se encuentran (en una planta terrestre) colocados en/sobre unas membranas, llamadas tilacoidales, que conforman las granas del plasto. Físicamente están separadas, con lo que es fácil generar un flujo electrónico entre el lugar donde se encuentran las clorofilas y el lugar donde transfieren los electrones.  Sin embargo, la cosa es aún más compleja ya que existen “lapsus” espaciales entre los sistemas redox P680 (los electrones tienen mas energía) y los del P700. En otras palabras los electrones debe “viajar” por el medio líquido del interior de cada granun, utilizando moléculas apropiadas.

Además, entre medias deben “pasar” a través de unas cadenas redox denominadas fotosintéticas, donde los electrones van dejando su “exceso de energía”, la cual se transforma en ATP gracias a un sistema multiprotéico llamada ETP o mas amigablemente ATPasa.  Sin esto no se hiciera así, el sistema conductor de e^– se desorganización (“fundiría”) debido a una excesiva agitación de sus moléculas constitutivas, como consecuencia del exceso de energía de sus e^–.

La fotolisis del agua se realiza gracias a un sistema enzimático (una mangano-proteina) que ocupa un lugar en la parte del P680 que se encuentra sumergido en el interior de cada granun.  (esta es una de las razones por las no debe de faltar pequeñas cantidades de manganeso en las soluciones nutritivas).

Esta localización espacial hace que su recinto, cerrado (cada granum del plasto es una unidad cerrada), se cargue en protones, tanto mas, en la medida en que la fotolisis sea mas activa (el medio se hace más ácido”).  Es evidente que si no se drenan estos protones el medio sería inhóspito al cabo de un cierto tiempo, pues afectaría a la conformación y actividad de muchas de sus proteínas y estructuras moleculares asentadas en la propia membrana limitante de la grana.  Para evitar esta acumulación agresiva, el propio sistema ATPásico se dedica a drenar los excesos de H⁺ al comportarse como una bomba «extrusiva» de protones.  Es decir, por cada ATP que produce en el exterior del granun  extruye (“saca”) un protón de su interior.

Creo conveniente resaltar ahora que no todo el flujo electrónico se emplea en “generar azúcares” como se infiere de muchas conversaciones mantenidas con estudiantes y profesionales. Casi un 50 % del flujo electrónico derivado de la incidencia de la luz se emplea para reducir a los nitritos hasta amonio (la reducción de los nitratos se realiza a costa del potencial reductor cuando esta se hace en la hoja, que no siempre es así) y a los sulfatos, para su integración en glutamina y metionina respectivamente.   Solo un máximo de un 35% del citado flujo se destina a la reducción del CO2, es decir, a la producción de hidratos de carbono.

Un 15% del citado flujo se emplea en otros fines como la neutralización de los radicales libres.  Este apartado es apasionante.  Parece mucho, pero es que hay que recordar todos los estress que puede sufrir la planta, el solar, el hídrico, el térmico, el biológico.  Me da la impresión que si algo “temen” los sistemas defensivos de la planta, es la presencia de radicales libres, que puedan desorganizar las delicadas estructuras que guardan en sus hojas y raíces.  Pero esto es otro tema.

Espero que los lectores conocedores de la Bioquímica me sepan excusar por esta heterodoxa, pero creo que importante, exposición de bioquímica. 

Saludos cordiales,