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Reacciones dependientes de la luz (fotofosforilación)

1954
  • Daniel I. Arnon
Cloroplastos en un entorno de laboratorio que resaltan las reacciones dependientes de la luz en la fisiología vegetal.

(Imagen generada únicamente con fines ilustrativos)

The first stage of fotosíntesis, the light-dependent reactions, occurs in the thylakoid membranes of chloroplasts. Light energy is captured by chlorophyll to split water (photolysis), releasing oxygen, protons ([latex]H^+[/latex]), and electrons ([latex]e^-[/latex]). This energy is used to create two energy-carrying molecules: adenosine triphosphate (ATP) and nicotinamide adenine dinucleotide phosphate (NADPH), which power the subsequent ciclo de Calvin.

Las reacciones dependientes de la luz se inician cuando los fotones chocan con las moléculas de pigmento en el Fotosistema II (PSII). Esto excita los electrones, que luego se transfieren a lo largo de una cadena de transporte de electrones. Para reemplazar estos electrones, el PSII divide las moléculas de agua en el complejo generador de oxígeno, un proceso llamado fotólisis, que libera O2 como subproducto. A medida que los electrones se mueven a lo largo de la cadena de transporte hacia el Fotosistema I (PSI), su energía se utiliza para bomba protones desde el estroma hacia el lumen del tilacoide, creando una fuerza protón-motriz.

En el PSI, los electrones se reenergizan mediante otro fotón y se utilizan para reducir el NADP+ a NADPH. El gradiente de protones establecido a través de la membrana tilacoide impulsa una enzima llamada ATP sintasa, que sintetiza ATP a partir de ADP y fosfato inorgánico a medida que los protones fluyen de vuelta al estroma. Este proceso se conoce como fotofosforilación. En algunos casos, puede producirse una vía cíclica en la que solo interviene el PSI, que genera ATP pero no NADPH, lo que ayuda a equilibrar las necesidades energéticas de la célula.

UNESCO Nomenclature: 2417
– Fisiología vegetal

Tipo

Proceso bioquímico

Ruptura

Fundacional

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • descubrimiento de los cloroplastos por Hugo Von Mohl
  • aislamiento de clorofila por Peter Joseph Pelletier y Joseph Bienaime Caventou
  • La demostración de Robert Hill de que los cloroplastos aislados producen oxígeno en presencia de luz y un aceptor de electrones artificial (la reacción de Hill).
  • Descubrimiento del ATP como principal moneda energética de la célula

Aplicaciones

  • research into artificial fotosíntesis
  • Desarrollo de herbicidas que atacan las cadenas de transporte de electrones
  • comprensión de la conversión de energía solar
  • producción de biohidrógeno a partir de algas

Patentes:

NA

Ideas para posibles innovaciones

  • Células biosolares que imitan la estructura de la membrana tilacoide
  • Sistemas de administración de fármacos activados por luz que utilizan moléculas fotosensibles
  • Herbicidas que bloquean específicamente el flujo de electrones del fotosistema II
  • Biorreactores de algas optimizados para la sobreproducción de NADPH para la síntesis de biocombustibles
  • Hojas artificiales basadas en nanopartículas para la división del agua y la generación de combustible
  • Sensores para detectar el estrés hídrico en cultivos midiendo la fluorescencia de la clorofila
  • Desarrollo de protectores solares que imitan los mecanismos fotoprotectores de las plantas
  • light-driven catalizadores for industrial chemical synthesis
  • Modificación genética de cultivos para mejorar la tolerancia al estrés lumínico
  • Sistemas de purificación de agua que utilizan catalizadores activados por luz inspirados en la fotólisis
Relacionado con: reacciones dependientes de la luz, fotofosforilación, tilacoides, clorofila, fotosistema II, fotosistema I, cadena de transporte de electrones, ATP, NADPH, fotólisis.

Contexto histórico

Reacciones dependientes de la luz (fotofosforilación)

1940
1950
1950
1954
1960
1967
1970
1930
1940
1950
1951
1958
1960
1970
1973

(Si la fecha es desconocida o no es relevante, por ejemplo "mecánica de fluidos", se proporciona una estimación redondeada de su aparición notable)

décimo año aniversario

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