Fotosíntesis: resumen de las reacciones dependientes de la luz

en el vídeo pasado aprendimos un poco acerca de la fotosíntesis y sabemos que en términos muy generales la fotosíntesis es un proceso en el que empezamos con fotones dióxido de carbono y agua y usamos la energía de esos botones para fijar el carbono del dióxido de carbono y ahora toda esta idea de la fijación del carbono se trata de tomar al carbono en su forma gaseosa como por ejemplo en el dióxido de carbono y fijarlo en alguna estructura sólida y esta estructura sólida en la que estamos fijando al carbono es un carbohidrato el principal producto final de la fotosíntesis es esta cadena de 3 carbonos este glitter aldehído 3 fosfato pero luego podemos usar esto para construir glucosa o cualquier otro carbohidrato que una vez que ya dijimos todo esto ahora vamos a intentar observar a fondo qué es lo que realmente está pasando en estas fases de la fotosíntesis recuerda dijimos que había dos fases en la fotosíntesis la fase que depende de la luz y la otra fase que es independiente de la luz a mí no me gusta usar el nombre de fase oscura porque esta fase puede ocurrir incluso cuando tenemos luz solar esta fase incluso está sucediendo al mismo tiempo que la fase luminosa la única diferencia es que esta fase no necesita que haya luz solar pero bueno primero nos vamos a enfocar en la fase luminosa que es la fase que se utiliza a los fotones de la luz solar o bueno los fotones de las lámparas que se pueden utilizar en invernaderos y es que esta fase utiliza los botones junto con el agua para producir moléculas de atp y para reducir moléculas de bp más en a dp h ok porque recuerda que reducción es obtener electrones o átomos de hidrógeno y eso es exactamente lo mismo porque cuando obtienes un átomo de hidrógeno con todo y su electrón como el hidrógeno no es muy electro negativo la molécula puede abrazar mucho a ese nuevo electrón así es que aquí está haciendo ambas cosas ganando un hidrógeno y un electrón pero ahora queremos estudiarlo un poquito más a fondo así es que vamos a dibujar por aquí la célula de una planta lo que ahí vamos a dibujar una célula vegetal y las células vegetales de hecho tienen una pared celular entonces las podemos dibujar de una forma rígida cada uno de estos cuadriláteros es una célula vegetal distinta y luego en cada una de estas células vegetales hay unos organelos que se llaman cloroplastos y recuerda los organelos son como los órganos pero de las células y son subunidades de la célula que pueden tener su propia membrana por supuesto estas células vegetales tienen su núcleo y su adn y todas las demás cosas que tienen todas las células pero no los vamos a dibujar ok simplemente vamos a dibujar a los cloroplastos y bueno hay muchas células que pueden hacer fotosíntesis pero en este vídeo nos vamos a enfocar en las células vegetales porque generalmente asociamos a la fotosíntesis con las plantas y cada célula vegetal tiene entre 10 y 50 cloroplastos aunque ya estamos dibujando aquí los cloroplastos y los estoy dibujando a propósito en verde porque los cloroplastos contienen clorofila y la clorofila hace que se vean verdes para nuestros ojos y ahora recuerda que cuando algo se ve verde es porque está reflejando la luz verde y absorbiendo las longitudes de onda de todos los demás colores pero bueno de esto hablamos con mucho detalle en otros vídeos por el momento tenemos entre 10 y 50 de estos cloroplastos en cada célula vegetal y lo que vamos a hacer ahora es hacer un acercamiento a uno de estos cloroplastos ahora vamos a dejar un poco más claro esto que tenemos aquí este cuadrilátero esto de aquí es una célula vegetal célula vegetal y estos organelos verdes de aquí se llaman cloroplastos estos son los organelos cloroplastos cloroplastos y aquí estamos haciendo un acercamiento a un cloroplasto aquí tenemos ese cloroplasto que por cierto tiene su propia membrana y se ve más o menos así y luego adentro del cloroplasto tenemos un líquido y este líquido se llama estroma estroma y además adentro del cloroplasto tenemos unos sacos aplanados que son como unas membranas dobladas que estamos dibujando por aquí estos sacos aplanados y de hecho hasta los podríamos ver como unos tanques pero vamos a dibujar unos cuantos más por acá y cada uno de estos tanques aplanados se llama anti la coidh es esto de aquí es un tila coi de tila koi de lost y la coidh es tienen su propia membrana y esa membrana es especialmente importante y por lo tanto vamos a hacer un acercamiento pero en unos cuantos minutos por el momento estamos resaltando esa membrana pero ahora el espacio adentro del tila coi de el fluido que está adentro del tila coi de que estoy coloreando de amarillo este se llama lumen y la cordal y ya para terminar de ver toda la terminología un montón de ti la coidh es apilados de esta forma se llama grana aunque hay una pila de ti la coidh es se llama grana y los cloroplastos son organelos y una cosa que piensan los biólogos evolucionistas es que los organelos al principio hace mucho tiempo empezaron siendo organismos independientes que eventualmente empezaron a hacer equipo con otros organismos y empezaron a vivir adentro de las células y por eso es que organelos como el cloroplasto tienen su propio adn la mitocondria es otro organelos que tienen su propio adn y que muchas personas piensan que originalmente era un organismo independiente y que después hizo un equipo con otros organismos y les dijo oye qué te parece si yo te doy energía y tú a cambio me das no sé comida y otras cosas y entonces estos organismos empezaron a evolucionar juntos y terminaron formando un solo organismo regresando al cloroplasto los cloroplastos incluso tienen sus propios ribosomas así es que me parece súper interesante darnos cuenta que los cloroplastos o bueno los ancestros de los cloroplastos pudieron haber sido organismos independientes pero bueno dejemos todas estas especulaciones y ahora sí vamos a hacer otro acercamiento a la membrana de los de la coidh es así es que lo que vamos a hacer es poner por aquí una cajita y vamos a poner por acá esa cajita pero con muchísimo acercamiento hicimos un acercamiento a la membrana del tila coi de lo que hay esta es la membrana del tila coi de que de hecho es una bicapa fosfolípidos que tiene su parte hidrofílica y sus colas hidrofóbicas y podría dibujar toda la membrana de esta forma pero no lo vamos a hacer porque lo importante es simplemente que sepamos que esta es una membrana por aquí lo que tenemos es este líquido que llena a todo el cloroplasto que es el estroma stroman pero de este lado estamos adentro del til acoide y adentro del tila koide tenemos el lumen y la coidh al aunque hay por aquí lo voy a dibujar de rosa ahora aquí tenemos el lumen lumen y ahora en esta membrana lo que voy a hacer a continuación te recordará muchísimo a la mitocondria ya la cadena de transporte de electrones porque bueno en realidad si vamos a ver una cadena de transporte de electrones muchas personas no la consideran la cadena de transporte de electrones pero es exactamente la misma idea bueno la misma idea general en esta membrana tenemos todas estas proteínas y estos complejos de proteínas y moléculas a lo largo de toda la membrana y aquí vamos a dibujar algunos de estos complejos vamos a dibujar por aquí por ejemplo el foto sistema 2 y tal vez por acá tenemos el foto sistema 1 y ahora estos en realidad son extremadamente complicados y le vamos a echar un vistazo rápido al foto sistema 2 por aquí tenemos el foto sistema 2 como podemos observar por aquí real es un sistema muy complejo tenemos estos cilindros por aquí estas proteínas estas cosas verdes de aquí son moléculas de clorofila y hay un bonche de cosas por aquí y todas están revueltas e interconectadas mutuamente así es que me parece que un complejo es la mejor forma de describir a esto porque hay porque son un montón de moléculas un montón de proteínas y todo tipo de cosas interconectadas para realizar una función muy específica que vamos a describir en unos cuantos segundos regresando nos a la célula vegetal así es que acabamos de ver más o menos cómo se ve el complejo fotosistema 2 por aquí este complejo es el foto sistema 1 y bueno aquí en medio hay muchos otros complejos por ejemplo el complejo del citocromo b6 efe la verdad no me pienso meter a ver todos los detalles de los complejos que hay aquí en medio porque lo más importante es entender qué es lo que está pasando así es que por aquí tenemos otros complejos proteicos a lo largo de toda la membrana y vamos a ver primero la idea general y después vamos a ver los detalles pero esta es la idea general de qué es lo que sucede en las reacciones de la fase luminosa en la fase dependiente de la luz si es que estamos en la fase de pendiente de la luz reacciones dependientes de la luz la fase luminosa la idea general es que tenemos muchos fotones fotones que han viajado 93 millones de millas para llegar hasta aquí así es que tenemos estos fotones que viajan un montón de tiempo y llegan y excitan a los electrones de una molécula de clorofila lo que hay de hecho de la molécula de clorofila pero bueno no me quiero meter en tantos detalles así es que excitan a los electrones de la molécula de clorofila y entonces estos entran en un estado de energía más alto bueno tal vez no lo debí de haber dibujado así pero el punto es que estos electrones a un estado de energía alto y después conforme van pasando de molécula en molecular su nivel de energía va bajando pero conforme va bajando su nivel de energía hay algunos protones de hidrógeno sin sus electrones ok tenemos por aquí a muchos protones de hidrógeno y conforme el electrón va bajando de nivel de energía estos protones de hidrógeno son bombeados hacia el lumen ok son transportados hacia el lumen y esto tal vez te recuerde a la cadena de transporte de electrones porque en esa cadena de la misma forma teníamos electrones que pasaban de un potencial alto de un nivel de energía alto a un nivel de energía más bajo y conforme esos electrones iban bajando su nivel de energía esa energía se usaba para transportar protones de hidrógeno a través de una membrana en ese caso era en la mitocondria pero y es en un tila koide pero en ambos casos estamos creando un gradiente ok porque aquí llegan los fotones con mucha energía y con esta energía los electrones de la clorofila llegan a un estado de energía más alto y luego va bajando su nivel de energía conforme se van moviendo a través de las moléculas hasta que llegan al foto sistema 1 donde nuevamente sube su nivel de energía porque llega y les pega otro fotón bueno todo esto que acabo de decir es algo muy simplificado pero es una buena forma de pensar en esto lo que hay aquí los electrones otra vez tienen un alto nivel de energía y conforme se mueven en las moléculas va bajando su nivel de energía y toda esa energía se está utilizando para que pasen protones de hidrógeno a través de la membrana ok esa energía se está usando para bombear protones de hidrógeno hacia el lumen así es que eventualmente aquí vamos a tener una enorme concentración de protones de hidrógeno lumen de la misma forma como en la cadena de transporte de electrones de la mitocondria aquí se va a utilizar esta enorme concentración de protones de hidrógeno para poder utilizar al complejo atp sin tasa es posible que te acuerdes de cómo se ve el complejo atp si interesa pero lo estamos dibujando por aquí y se ve más o menos así por aquí en el lumen tenemos una gran concentración de protones de hidrógeno por lo cual estos protones de hidrógeno se quieren regresar a la estroma y para hacer eso tienen que pasar por el complejo atp sin tasa si es que estos protones de hidrógeno que tenemos muchísimos por aquí estos protones de hidrógeno van a encontrar su camino de regreso a la estroma pasando a través del complejo atp sin tasa y conforme estos protones de hidrógeno van pasando por aquí esto funciona tal cual como si le estuvieran dando energía a esta máquina de aquí y lo voy a ver con más detalle cuando la respiración celular pero por el momento conforme estos protones de hidrógeno pasan por aquí provocan que esta parte del complejo atp sintasa y este giro provoca que una molécula de adp y un fosfato se enlacen formando un atp aunque una molécula de a de p y un grupo fosfato se unen para formar una molécula de atp así es que este fue un repaso muy general y voy a verlo con más detalle próximamente pero este proceso que acabamos de describir se llama photo fosforilación photo fosforilación y ahora porque se llama photo fosforilación bueno pues la parte de foto proviene del hecho de que estamos utilizando fotones lo que hay de que estamos utilizando la luz solar estamos usando estos fotones para excitar a los electrones de la clorofila y luego conforme esos electrones excitados que ahora tienen un alto nivel de energía conforme esos electrones pasan de una molécula a otra va bajando su nivel de energía pero esa energía se está usando para transportar a protones de hidrógeno a través de la membrana hacia el lumen y después los protones de hidrógeno pues quieren regresar al estroma ok porque aquí en el lumen hay una alta concentración de protones de hidrógeno así es que estos protones quieren atravesar la membrana a eso se le llama hacer químicos mochis entonces estos protones para regresar a la estroma van a pasar por este complejo atp sintasa ok se me olvidó ponerle nombre por aquí pero este es el complejo atp sin tasa de la atp sin tasa utiliza el hecho de que los hidrógenos estén pasando a través de ella para juntar moléculas de adp y fosfato produciendo atp ahora al principio cuando estábamos hablando acerca de la fase luminosa y la fase oscura vimos que la fase luminosa tiene algunos productos tiene el atp y el n dp h porque durante la fase luminosa el m bp fue reducido ganó un hidrógeno y su electrón y eso qué tiene que ver con lo que estábamos viendo bueno pues si estamos hablando de la foto fosforilación a cíclica también conocida como la fase luminosa a cíclica tenemos que este electrón que fue pasando de molécula en molécula al final se queda en una molécula de n adepe más así es que el aceptar final de electrones es n además y una vez que éste acepta a ese electrón y a uno de estos protones de hidrógeno se transforma en n a dp h otra cosa que dije por aquí es que moléculas de agua se oxidan y obtenemos oxígeno molecular pero eso en qué parte sucede bueno pues por acá en el foto sistema 2 en algún momento dijimos que teníamos una molécula de clorofila y en esa molécula hay un electrón que se excita y llega a un nivel más alto de energía y después va pasando de molécula en molécula bajando su nivel de energía pero aquí nos puede surgir la pregunta de que podemos utilizar para sustituir a ese electrón y resulta que utilizamos a los electrones de las moléculas de agua así es que tal cual por aquí tenemos moléculas de agua que llegan y donan a sus hidrógenos ya sus electrones así es que nos podemos imaginar que estas moléculas de agua donan dos protones de hidrógeno y dos electrones para sustituir a ese electrón que ahora tiene un nivel de energía muy alto qué se pasa de molécula en molécula hasta llegar al photo sistema 1 y finalmente quedarse en alguna molécula así es que literalmente le estamos quitando sus electrones al agua y cuando le quitamos sus hidrógenos y sus electrones al oxígeno nos queda simplemente oxígeno molecular ahora la razón por la que estoy haciendo tanto énfasis y viendo esto con tanto detalle es porque aquí está sucediendo algo muy profundo bueno por lo menos a nivel químico esto es algo muy profundo lo que estamos haciendo aquí es oxidando al agua oxidando agua y ahora el único lugar en el reino biológico en el que podemos encontrar un agente oxidante lo suficientemente fuerte como para oxidar el agua que por cierto si estás oxidando agua básicamente lo que estás haciendo es oxidar al oxígeno porque en realidad le estás quitando estos electrones al oxígeno del agua así es que estamos oxidando al oxígeno y el único lugar donde conocemos a un agente oxidante tan fuerte como para quitarle electrones al oxígeno es justo el fotosistema 2 así es que esto de aquí realmente es algo profundo generalmente los electrones están supercontentos en las moléculas de agua están felices de girar alrededor del oxígeno porque el oxígeno es un átomo muy electro negativo que por cierto es la razón por la que decimos que una cosa se oxida porque generalmente el oxígeno es un excelente agente oxidante es buenísimo oxidando a otros átomos pero aquí hemos encontrado algo que es suficientemente fuerte como para oxidar al oxígeno algo suficientemente fuerte como para quitarle sus electrones al oxígeno y dárselo a la molécula de clorofila y entonces un electrón es excitado por los fotones y llega a un nivel de energía más alto y luego va bajando cada vez más del nivel de energía hasta que llegue al photo sistema 1 donde vuelve a ser excitado a un nivel de energía más grande gracias a los fotones y luego otra vez vuelve a bajar cada vez más y cada vez más de nivel de energía y finalmente termina en una molécula de n dp h y todo este tiempo que el electrón estuvo pasando de un nivel de energía más alto a un nivel de energía más bajo esa energía se estuvo usando para bombear protones de hidrógeno del estroma al lumen y después se utiliza ese gradiente para formar las moléculas de atp en el próximo vídeo vamos a ver un poco más del contexto acerca de qué significa todo esto en términos de niveles de energía de los electrones pero esto es básicamente lo que está sucediendo en la fase luminosa con los fotones algunos electrones son excitados y esos eventualmente terminan en una molécula ndp h y conforme un electrón pasa ese estado excitado yendo cada vez a un nivel más bajo de energía se bombean protones de hidrógeno a través del gradiente y luego ese gradiente se utiliza para hacer que la atp sintasa produzca moléculas de atp pero ese electrón que eventualmente terminó en esta molécula de bp ese electrón tiene que ser reemplazado y el reemplazo de ese electrón lo obtienen quitándoselo a una molécula de agua así es que a una molécula de agua le quitan los dos protones de hidrógeno y le quitan sus electrones y nos queda simplemente oxígeno molecular y solo para poder apreciar lo complejo de todo este asunto regresamos a esto que te había enseñado hace unos minutos que es una pintura del foto sistema 2 no es que el foto sistema 2 tenga estos cilindros tal cual pero cada uno de estos cilindros representa una proteína llegó por aquí estas cosas verdes que parecen como unos andamios todas estas cosas verdes son moléculas de clorofila y lo que sucede es que llegan los fotones y le pegan a la clorofila aunque bueno no necesariamente tienen que pegarle a la clorofila ah también le pueden pegar a algunas moléculas que se llaman moléculas antena y las moléculas de antena pueden ser otros tipos de clorofila u otros tipos de moléculas pero el punto es que un fotón o bueno varios fotones llegan y excitan a varios electrones por aquí que no necesariamente tiene que ser en la clorofila puede ser en estos otros tipos de clorofila o en unos pigmentos antena que lo que hacen es absorber a los fotones y luego sus electrones se exciten e incluso lo podemos ver como una vibración aunque cuando estamos hablando a un nivel cuántico las vibraciones realmente no tienen mucho sentido pero es una muy buena analogía que estos más o menos vibran hasta llegar a la clorofila y a eso se le llama energía de resonancia energía de resonancia así es que estos vibran y vibran hasta llegar a la clorofila y aquí el electrón se excita y bueno el principal aceptar de electrones es este de aquí que se llama fe oficina y muchas personas le dicen simplemente feo y a partir de aquí el electrón se va pasando de una molécula a otra vamos a ver eso un poquito más a detalle en el próximo vídeo pero por ahora observemos lo complejo que es todo esto y lo fascinante que es que esto sirva para excitar electrones cuya energía permitirá que se bombeen protones de hidrógeno a través de la membrana y por aquí tenemos otro punto de interés este es el lugar de oxidación del agua y es un lugar muy interesante porque como ya dijimos no es nada sencillo oxidar al oxígeno y es que tenemos aquí al súper interesante lugar donde se puede oxidar al oxígeno nuclear y sucede aquí en este lugar del foto sistema 2 y tenemos todo este mecanismo tan complicado porque repito no es cualquier cosa poder quitarles sus hidrógenos y sus electrones a una molécula de agua bueno aquí vamos a terminar este vídeo y en el próximo vídeo vamos a ver un poco más acerca de los estados de energía de los electrones y también vamos a rellenar algunos huecos que dejamos por ahí acerca de cuáles son estas otras moléculas que actúan como aceptar es de hidrógeno que también los podemos ver como aceptar es de electrones