La fotosíntesis convierte la energía solar en energía química (ATP y NADPH) a través de los fotosistemas I y II en los cloroplastos. El fotosistema II usa la energía de la luz para separar electrones del agua, liberando protones. Los electrones pasan al fotosistema I a través de la plastoquinona y la plastocianina. El gradiente de protones generado se usa para sintetizar ATP a través de la ATP sintetasa. Los electrones del fotosistema I reducen la

1. Fotosistemas y Quimiosmosis - El mecanismo de síntesis de
ATP en los cloroplastos
INTODUCCIÓN: La fotosíntesis es el proceso por el cual algunos organismos producen su propio alimento,
utilizando dióxido de carbono, agua, minerales y energía captada de la los rayos del sol (o de una ampolleta)
para producir carbohidratos. Este proceso se produce en los cloroplastos de las células vegetales. Las
reacciones dependientes de la luz convierten la energía solar en energía química (ATP y NADPH) que se
utilizarán durante las reacciones independientes de la luz para convertir dióxido de carbono en glucosa para
la planta.
La membrana tilacoidal se compone de una bicapa de fosfolípidos (pinta a los fosfolípidos "B" de color azul
claro) y de Fotosistema I y Fotosistema II. Un Fotosistema está compuesto básicamente por pigmentos
antena, un centro de reacción y un aceptor primario de electrones. A pesar de que ambos trabajan
simultáneamente, lo mejor es estudiar una por una, empezando por el Fotosistema II. El primer y más
importante evento en ambos fotosistemas es la captura de energía lumínica ("E" Píntala anaranjada) por los
pigmentos asociados con cada Fotosistema. Pinta los pigmentos del Fotosistema II (P2) de color verde
oscuro y los pigmentos del Fotosistema I (P1) de color verde claro. El Pigmento 680 (de color verde oscuro)
se asocia con el Fotosistema II y el pigmento 700 (de color verde claro) se asocia con el Fotosistema I.
Cuando un fotón de luz choca con una molécula de clorofila que rodea al Fotosistema II se transforma en
energía de resonancia (en la que la energía, pero no el electrón, pasa de un pigmento a otro) que se
transfiere a través de moléculas de clorofila vecinas. Cuando esta energía llega al centro de reacción
del Fotosistema II, se libera un electrón, presente en el centro. El centro de reacción de la clorofila contiene
electrones que se pueden transferir cuando está excitado. Un fotón es necesario para excitar cada uno de
los electrones en esta clorofila.
Dos electrones liberados por el Fotosistema II se restablecen por el rompimiento de moléculas de agua. El
rompimiento del agua también libera iones de hidrógeno en el lumen. Dos moléculas de agua se unen a una
enzima que divide el agua en iones hidrógeno (protones) y libera un átomo de oxígeno. Pinta los protones (H
+) de amarillo y de rojo a los átomos de oxígeno (O2). Este proceso se llama fotólisis del agua y está
ilustrado por las flechas marcadas "L", que deberían ser rosadas. Dos electrones se liberan en este proceso y
estos electrones pueden ser rastreados a través del fotosistema II y el fotosistema I. Pinta gris a los
electrones (e-). Dos átomos de oxígeno se unen para crear una molécula de oxígeno que se libera de la
planta como un subproducto de la reacción completa.
El aceptor primario de electrones, para los electrones energizados por la luz que salen del Fotosistema II, es
la plastoquinona (PQ, píntala de color púrpura). La plastoquinona reducida pasa los electrones excitados a
una bomba de protones incrustada en la membrana llamada complejo b6-f (píntala de color azul). Esta
bomba de protones mueve protones (H +) a través de la membrana, en contra de sus gradientes de
concentración, que a la larga provoca una acumulación de protones en el espacio tilacoidal. Esto será
importante más adelante. La membrana tilacoidal no es permeable a los protones, por lo que sólo pueden
cruzar la membrana a través de proteínas de transporte. Los protones saldrán del espacio tilacoidal a través
de un canal especial proporcionado por la ATP sintetasa ("S", píntala de color rosado). La ATP sintetasa es la
enzima que produce ATP por quimiosmosis. Permite el paso de protones a través de ella, utilizando esa
energía cinética para fosforilar ADP y así crear ATP. La generación de ATP por quimiosmosis ocurre tanto en
cloroplastos como mitocondrias y también en algunas bacterias. A medida que los protones (H+) pasan a
través de la ATP sintetasa, el ADP se fosforila a ATP y se libera en el estroma. El proceso de sintetizar ATP
durante la fotosíntesis se llama fotofosforilación. La flecha con la indicación "Z" representa la
fotofosforilación – píntala de anaranjado. Este ATP (color naranja) está ahora en su camino hacia el ciclo de
Calvin, donde será utilizado para generar glucosa.

2. Mas, espere, ¡hay más! La historia aún no ha terminada para el electrón que se utilizó en el Fotosistema
II. Una proteína pequeña llamada plastocianina (color marrón) lleva el electrón al Fotosistema I. La luz
absorbida por el Fotosistema I activa a este electrón y lo pasa a otro aceptor primario de electrones llamada
ferredoxina (Pinta a "FD" turquesa). La enzima NADP reductasa (Pinta "R" de color púrpura oscuro)
transfiere los electrones al NADP para formar NADPH. El electrón se encuentra ahora en su camino hacia el
ciclo de Calvin, como parte de una molécula de NADPH (de color morado claro). Los electrones perdidos por
el Fotosistema I se sustituyen por electrones generados por el Fotosistema II.
Recuerda pintar a los electrones de color gris; ahora pinta también de color gris la ruta que tomarán a través
de ambos sistemas (representado por la flecha con la indicación "X")
Recuerda pintar a los protones de color amarillo y pinta ahora, también de amarillo, la vía que tomarán
través de los sistemas (representado por flechas etiquetadas "Y")
Nombre __________________________
Clave de Colores
Fosfolípidos - azul claro Vía de Protones (Y) - amarillo ATP sintetasa - rosado
Energía lumínica -naranja Oxígeno - rojo Fotofosforilación (Z)- naranja
Fotosistema II - verde oscuro Fotolisis - rosado ATP - naranja
P680 - verde oscuro Electrones - grises Plastocianina - marrón
Fotosistema I –verde claro Vía de electrones (X) - gris Ferredoxina - turquesa
P700 - verde claro Plastoquinona - púrpura NADP reductasa - púrpura oscuro
Protones - amarillo Complejo b6-f - azul oscuro NADPH - púrpura claro
Preguntas:
1. Traza el flujo de protones a través de los tilacoides.
2. Traza el flujo de electrones a través del tilacoides
3. Explicar el papel de cada uno de los siguientes:
---- P680
---- Ferredoxina
---- Plastoquinona
---- P700
---- NADP reductasa
---- Plastocianina
---- ATP sintetasa

3. 4. Explicar cómo el gradiente de concentración afecta el proceso de síntesis de ATP.

4. Convirtiendo la energía lumínica en energía química. ¿Qué está ocurriendo en cada uno de los pasos
enumerados del 1 al 5?
1. _____________________________________________________________________
2. _____________________________________________________________________
3. _____________________________________________________________________
4. _____________________________________________________________________
5. _____________________________________________________________________