Resumen: Reacciones luminosas y ciclo de Calvin

📋 Esquema del Curso

1. Fotólisis del agua en el fotosistema II
2. Quimiosmosis y producción de ATP
3. Reducción de NADP en el fotosistema I
4. Organización funcional de los tilacoides
5. Fijación del carbono por Rubisco
6. Reducción y regeneración en Calvin
7. Productos e interdependencia fotosintética

📖 1. Fotólisis del agua en el fotosistema II

★ Imprescindible

📐 Fórmula — La fotólisis del agua en el fotosistema II sigue la ecuación $2H_2O \rightarrow O_2 + 4H^+ + 4e^-$.

• Cuando las clorofilas especiales del fotosistema II pierden sus electrones hacia la plastoquinona, se convierten en agentes oxidantes fuertes y provocan la fotólisis del agua.

• El oxígeno producido inicialmente en los océanos reaccionó con el hierro disuelto, formó óxido de hierro y formaciones de hierro bandeado; después se acumuló en la atmósfera, causando el Gran Evento de Oxidación y favoreciendo la respiración aerobia.

Complementos

• Los protones de la fotólisis contribuyen al gradiente protónico, los electrones compensan los perdidos por las clorofilas especiales y el oxígeno sale de la planta por los estomas.

💡 Truco mnemotécnico

Fotólisis del agua → protones y electrones útiles, pero oxígeno residual

📖 2. Quimiosmosis y producción de ATP

★ Imprescindible

• La cadena de transporte de electrones utiliza la energía de los electrones para bombear protones desde el estroma hacia el lumen tilacoidal mediante complejos de citocromos.

• El gradiente protónico impulsa la difusión pasiva de protones hacia el estroma a través de la ATP sintasa, produciendo ATP por quimiosmosis.

📌 La fotofosforilación no cíclica obtiene electrones del fotosistema II y los utiliza para producir ATP y reducir NADP+, mientras que la fotofosforilación cíclica devuelve los electrones al complejo de citocromos para producir ATP adicional sin reducir NADP+.

Complementos

• La fotofosforilación no cíclica produce aproximadamente una molécula de ATP por cada par de electrones transferidos a NADP+.

💡 Truco mnemotécnico

ETC → gradiente de protones → ATP sintasa → ATP

📖 3. Reducción de NADP en el fotosistema I

🔑 Conceptos clave y definiciones

• NADP+ : una molécula similar a NAD, pero con un grupo fosfato adicional, que acepta dos electrones y un ion hidrógeno para formar NADPH

★ Imprescindible

• La NADP reductasa, una enzima integrada en la membrana tilacoidal, cataliza la reducción de NADP+ a NADPH utilizando dos electrones del fotosistema I y un ion hidrógeno del estroma.

Complementos

• El consumo de un protón del estroma durante la formación de NADPH disminuye la concentración de H+ del estroma y aumenta la pendiente del gradiente protónico.

💡 Truco mnemotécnico

NADP+ acepta electrones y H+; NADPH los dona

📖 4. Organización funcional de los tilacoides

🔑 Conceptos clave y definiciones

• Tilacoide : un compartimento rodeado por membrana dentro del cloroplasto donde tienen lugar las reacciones dependientes de la luz

★ Imprescindible

• El fotosistema II está principalmente concentrado en los grana, mientras que el fotosistema I se encuentra principalmente en las lamelas.

Complementos

📌 Un granum es una pila de tilacoides discoidales, y las lamelas son tilacoides del estroma no apilados que conectan distintos grana.

📌 La reducción de NADP+ es más fácil en las lamelas porque tienen mayor acceso al estroma que los grana.

💡 Truco mnemotécnico

Grana concentran PSII; lamelas favorecen PSI y reducción de NADP+

📖 5. Fijación del carbono por Rubisco

🔑 Conceptos clave y definiciones

• Fijación del carbono : la reacción en la que Rubisco combina CO2 con ribulosa bisfosfato (RuBP), un compuesto de cinco carbonos con dos grupos fosfato, para producir dos moléculas de gliceraldehído-3-fosfato (GP)

★ Imprescindible

• Las tres etapas principales del ciclo de Calvin son:
  • fijación del carbono
  • reducción
  • regeneración

Complementos

• Rubisco es la enzima más abundante de la Tierra y está presente en los tres dominios de la vida.

📌 Rubisco funciona relativamente despacio y es poco eficaz a bajas concentraciones de CO2, por lo que se necesitan altas concentraciones de Rubisco en el estroma del cloroplasto.

💡 Truco mnemotécnico

CO2 + RuBP → 2 GP

📖 6. Reducción y regeneración en Calvin

★ Imprescindible

• En la etapa de reducción, dos moléculas de GP se convierten en dos moléculas de triose fosfato (TP), un compuesto de tres carbonos, mediante la hidrólisis de dos ATP y la oxidación de dos NADPH a NADP+.

• En la regeneración, cinco moléculas de TP se convierten en tres moléculas de RuBP para permitir la continuidad del ciclo de Calvin.

• Se necesitan seis moléculas de CO2 y seis vueltas del ciclo de Calvin para producir una molécula de glucosa, porque la glucosa contiene seis átomos de carbono.

Complementos

• Por cada tres moléculas de CO2 fijadas durante tres vueltas del ciclo, se hidrolizan tres ATP a tres ADP y tres Pi durante la regeneración.

💡 Truco mnemotécnico

Fijación → reducción → regeneración

📖 7. Productos e interdependencia fotosintética

★ Imprescindible

• Todo el carbono de los compuestos de los organismos fotosintéticos se fija en el ciclo de Calvin.

📌 Las reacciones dependientes de la luz producen ATP y NADPH necesarios para el ciclo de Calvin, mientras que el ciclo de Calvin proporciona biomoléculas necesarias para que continúen las reacciones dependientes de la luz.

Complementos

• Las rutas metabólicas que producen aminoácidos, lípidos y otros compuestos carbonados pueden rastrearse hasta intermediarios del ciclo de Calvin; por ejemplo, los aminoácidos pueden sintetizarse a partir de TP y los ácidos grasos a partir de GP con fosfatos y azufre de nutrientes minerales como el amonio.

📌 La falta de CO2 impide el funcionamiento del fotosistema II porque no es necesario producir más ATP y NADPH si el ciclo de Calvin no puede fijar CO2 en carbohidratos.

💡 Truco mnemotécnico

Luz y CO2 sostienen ATP, NADPH y el ciclo de Calvin

📊 Tablas de síntesis

Fotofosforilación cíclica y no cíclica