20.6: Fotosistemas

Los fotosistemas son complejos multiproteicos que forman las unidades funcionales de la fotosíntesis en plantas, algas y cianobacterias. Se encuentran incrustados en la membrana de diminutas estructuras en forma de saco llamadas tilacoides colocadas dentro del cloroplasto.

Funcionamiento de los fotosistemas

Los fotosistemas contienen muchas moléculas de pigmento, como clorofilas y carotenoides, dispuestas en una organización particular en dos dominios: el complejo de antena y el centro de reacción. El objetivo principal de las moléculas de pigmento distribuidas en el complejo de antenas es absorber la luz en forma de fotones y canalizarla al par especial de clorofila del centro de reacción.

Hay dos tipos de fotosistemas: el fotosistema II (PSII) y el fotosistema I (PSI) que son estructuralmente similares, pero difieren en función de la fuente del proveedor de electrones de baja energía y el aceptor al que entregan sus electrones energizados. Ambos fotosistemas trabajan en conjunto.

El centro de reacción PSII, también conocido como P680, absorbe un fotón que excita un electrón en la clorofila. El electrón de alta energía se libera y pasa al aceptor de electrones primario y, en última instancia, a PSI a través de la cadena de transporte de electrones. El electrón faltante de P680 se reemplaza extrayendo un electrón de baja energía del agua; por lo tanto, el agua se "divide" durante esta etapa de la fotosíntesis, y el PSII se vuelve a reducir después de cada fotoacto. La división de una molécula de H₂O libera dos electrones, dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno. Las moléculas de oxígeno se liberan al medio ambiente, mientras que los iones de hidrógeno desempeñan un papel fundamental en el establecimiento de un gradiente de protones a través de la membrana tilacoide que es esencial para la síntesis de ATP en el cloroplasto.

A medida que los electrones se mueven a través de las proteínas que residen entre PSII y PSI, pierden energía y deben ser reenergizados por PSI; por lo tanto, otro fotón es absorbido por la antena PSI. Esta energía se transmite al centro de reacción PSI llamado P700. P700 se oxida y envía un electrón de alta energía a NADP⁺ para formar NADPH. Por lo tanto, PSII captura la energía para crear gradientes de protones para producir ATP, y PSI captura la energía para reducir NADP⁺ en NADPH.

Después de que la energía del sol se convierte en energía química en forma de moléculas de ATP y NADPH, la célula tiene el combustible necesario para construir moléculas de carbohidratos para el almacenamiento de energía a largo plazo. Esto se logra en la segunda fase de la fotosíntesis, también conocida como la fase independiente de la luz u oscura de la fotosíntesis, que ocurre en el estroma del cloroplasto.

Este texto es una adaptación de Openstax, Biology 2e, Chapter 8, Section 8.2:The Light-dependent Reactions of Photosynthesis.

Los organismos fotosintéticos capturan la luz solar a través de los complejos pigmento-proteína llamados fotosistemas, incrustados dentro de la membrana tilacoide del cloroplasto.

Estos complejos se clasifican en fotosistema I o PSI y fotosistema II o PSII.

Dentro del cloroplasto, los complejos PSI se localizan predominantemente en las regiones no apiladas, llamadas laminillas estromales, mientras que los complejos PSII están presentes dentro de las laminillas granales apiladas.

Cada fotosistema es una colección de aproximadamente 200 moléculas de clorofila y 50 pigmentos carotenoides, distribuidas en dos dominios diferentes del fotosistema: el dominio central llamado centro de reacción y un dominio periférico llamado complejo de antena.

Aunque todas las moléculas de pigmento absorben fotones, solo unas pocas moléculas de clorofila asociadas con el centro de reacción pueden convertir la energía luminosa absorbida en energía química.

Los pigmentos en el complejo de antenas solo canalizan la energía absorbida al centro de reacción.

Los fotosistemas también tienen asociados cofactores esenciales para su funcionamiento.

Por ejemplo, PSI tiene un cofactor de ferredoxina, un cruce clave en la cadena de transporte de electrones, mientras que PSII contiene un complejo de evolución de oxígeno que cataliza la oxidación del agua, un paso crucial para la fotosíntesis.