La Fotosíntesis

Las células no pueden emplear o almacenar la energía química directamente, sino que la tienen que convertir en energía química, más fácil de utilizar. Las reacciones bioenergéticas pueden explicarse en términos de transferencia de electrones entre moléculas. Existen dos tipos de fotosíntesis, una llamada oxigénica que es llevada a cabo por las plantas, algas y cianobacterias y el agente reductor es el agua; otra anoxigénica que es cumplida por bacterias donde diversos compuestos orgánicos u inorgánicos actúan como donadores de electrones, según la especie. Estas substancias relativamente infrecuentes determinaron que las bacterias fotosintéticas anaeróbicas se desarrollen solamente en fuentes sulfúreas, fondos lacustres y ambientes similares. La fotosíntesis se inicia con la captación de la luz por los pigmentos fotosintéticos accesorios y su conversión en energía electrónica por los pigmentos clorofílicos de los centros de reacción. Luego la energía electrónica se transforma en energía química y queda almacenada como tal. En la etapa siguiente, de naturaleza no fotoquímica aunque la luz es necesaria para activar determinadas enzimas, la energía química almacenada se utiliza para la reducción del dióxido de carbono y la consiguiente síntesis de carbohidratos Las clorofilas tienen un mínimo de absorción allí donde es mayor la intensidad de la luz solar, o sea en el verde y el verde azulado. En los organismos que realizan la fotosíntesis oxigénica, los pigmentos están localizados en unas vesículas membranosas aplastadas y cerradas llamadas tilacoides.

Los pigmentos de la antena se excitan por los fotones absorbidos y transfieren la energía de excitación a otras moléculas vecinas en algunos picosegundos La molécula de agua se oxida: 2H₂O O₂ + 4e +4H+. La energía necesaria para la fotólisis, a pH 7, es Go'= 479 kJ por cada 2 moles de H₂O. Los fotones de luz roja de 700 nm son los de más larga longitud de onda que puede promover el bombeo de electrones en fotosíntesis. Se necesitan 2 fotones por electrón, es decir un total de 8 fotones (170 kJ/mol) para fotolizar 2 moléculas de agua y liberar una molécula de oxígeno. En las bacterias fotosintéticas el flujo de electrones es promovido por un único fotosistema. Las clorofilas a, b y d poseen una larga cadena hidrófoba de fitol que les permite anclarse en las membranas biológicas, en tanto que la clorofila c carece de este resto hidrocarbonado.  Varios iones orgánicos e inorgánicos (manganeso, cloruro, calcio, hierro, bicarbonato) están implicados en la catálisis de la transferencia de electrones, en el mantenimiento de la estructura proteica o en la regulación de la actividad de los fotosistemas. La primera etapa del proceso de conversión y almacenamiento de la energía radiante es común a los distintos tipos de organismos fotosintéticos, estando promovida por las moléculas clorofílicas especializadas de los centros de reacción, cada una de las cuales se encuentra estrechamente asociada a un aceptor y a un donador primario de electrones.

La molécula de clorofila se excita por la luz y cede uno de sus electrones más externos al aceptor, quedando la clorofila oxidada y el aceptor reducido. La clorofila oxidada actúa, por su parte, como un fuerte agente oxidante que capta un electrón del donador. Éste se oxida y la clorofila recupera su estado original. El donador oxidado y el aceptor reducido recuperan su estado original al interaccionar con los sistemas redox vecinos del aparato fotosintético. De esta manera se transfieren los electrones impulsados por la luz de un compuesto a otro a través de las denominadas cadenas de transporte fotosintético de electrones.