TIPOS
DE FOTOFOSFORILACIÓN
1 FOTOFOSFORILACIÓN CÍCLICA
El mecanismo
que acabamos de ver ilustra el concepto de fotofosforilación cíclica: la
(bacterio) clorofila del
centro de reacción (fotosistema I) sirve tanto como
donador primario como
aceptor final de electrones procedentes de una cadena transportadora de
electrones. Es decir, los electrones no salen del
ciclo, están “dando vueltas”, y no hay donador exógeno de electrones.
Ahora bien,
si la bacteria es autotrofa, esta fosforilación cíclica no es suficiente,
porque no se crea poder reductor, imprescindible para la fijación
(reducción) de CO2, hasta material celular [se necesita NAD(P)H,
aparte de ATP]. Para formar equivalentes de
reducción hace falta que el fotosistema funcione en su modalidad de
fotofosforilación cíclica, que pasamos a estudiar.
2 FOTOFOSFORILACIÓN ACÍCLICA
En la
fotofosforilación acíclica los electrones cedidos por la (bacterio) clorofila
excitada no solo sirven para generar f.p.m. y por lo tanto ATP, sino que
también se emplean en producir los equivalentes de reducción [NAD(P)H+H+] que
hacen falta para la fijación del CO2. Ahora bien, los
electrones empleados en generar equivalentes de reducción, por definición ya no
pueden servir para reducir la forma oxidada de la (bacteria) clorofila.
Por lo tanto, esos electrones deben de proceder de una fuente exógena para
poder regenerar laforma basal del pigmento fotoactivo.
2.1 FOTOFOSFORILACIÓN ACÍCLICA
ANOXIGÉNICA
En la
fotofosforilación acíclica anoxigénica el donador exógeno de electrones para
generar poder reductor es siempre una molécula diferente del agua. Hay
ciertas variantes según el grupo de bacterias que consideremos:
Las bacterias purpúreas (o
rojas) recurren como donantes exógenos de
electrones a compuestos reducidos de azufre inorgánico (principalmente SH2,
pero también S0, S2O32-), al hidrógeno molecular (H2), o incluso (en el caso de
las “purpúreas no del
azufre”) a un compuesto orgánico reducido[1]. Estos
compuestos ceden electrones a un citocromo de tipo c.
Esos electrones siguen un curso inverso al de la cadena normal que hemos visto
y pasan al depósito de quinonas de la membrana. Pero el potencial de reducción
de la quinona (casi ï„E0' = 0 V) no es suficientemente negativo como
para poder reducir espontáneamente el NAD+. Los electrones son forzados a
retroceder contra el gradiente termodinámico: consumen parte del potencial electroquímico
(f.p.m.) producido por la previa excitación del fotosistema para generar los
equivalentes de reducción (NADH+H+). Esto es un caso
de transporte inverso de electrones. Esta fosforilación acíclica es
diferente a la de las otras bacterias fototróficas anoxigénicas: Observa que, a diferencia de lo que vamos a ver
enseguida con esas otras bacterias anoxigénicas, el primer aceptor estable de
electrones procedentes de la bacterioclorofila (en este caso la quinona) tiene
un potencial de reducción (ï„E0') menos electronegativo que el par
NAD+/NADH+H+, porlo que no puede donar electrones para producir equivalentes de
reducción. (Por cierto, la fijación del CO2 es por ciclo de
Calvin).
Observa igualmente que la producción de
los equivalentes de reducción no va ligada
directamente a la fase luminosa de la fotosíntesis: el donante exógeno no
regenera la bacterioclorofila.
Las bacterias verdes del
azufre usan también compuestos reducidos de azufre e hidrógeno molecular,
pero a diferencia de las purpúreas, esos donantes sirven para regenerar la
bacterioclorofila. En otras palabras, la producción de equivalentes de
reducción se realiza, al igual que la fotofosforilación, como resultado de la
reacción luminosa. En este caso esto se debe a que el primer aceptor estable de
electrones procedentes de la bacterioclorofila excitada y oxidada (una Fe/S
proteína) es suficientemente electronegativo (ï„E0'=-0.54 V), y por mediación
de una ferredoxina (ï„E0' = -0.41 V) dona electrones al NAD+ para generar equivalentes de reducción. (Por cierto, la fijación de CO2 es por una ruta única entre
los seres vivos, denominada ciclo reductivo de los ácidos
tricarboxílicos, una especie de ciclo de Krebs que funciona al revés).
Las heliobacterias (bacterias
esporulantes fototrofas, descubiertas hace pocos años) al igual que las bacterias
verdes, tienen como
primer aceptor estable de electrones una Fe/S proteína con potencial redox
suficientemente bajo (ï„E0' = -0.5 V) como para reducir NAD+. Por
lo tanto, su poder reductor deriva igualmente de la reacción luminosa.
La regeneración de la bacterioclorofila oxidada es mediante un aceptor exógeno orgánico(son fotoheterotrofos, y parece que no son capaces
de fijar CO2).
2.2 FOTOFOSFORILACIÓN ACÍCLICA
OXIGÉNICA EN CIANOBACTERIAS
Las
cianobacterias, al igual que las plantas y algas, usan H2O como donador exógeno
de electrones, que sirven tanto para la obtención de energía como para la de
poder reductor; la fotofosforilación acíclica oxigénica es más compleja que la
anoxigénica, ya que el H2O requiere un elevado potencial de reducción para
poder extraerle los electrones, y el FSI no es un oxidante suficientemente
fuerte como para captar electrones directamente del agua.
La manera de
resolver este problema es acoplar un fotosistema adicional
(FSII), dotado de un E0' más alto que el FSI, y que funciona en
paralelo con éste, siguiendo el llamado “esquema en Z” (por la forma de Z
“tumbada” que tiene su representación gráfica):
El FSI se activa por la luz de longitud
de onda larga (cerca del infrarrojo) y se oxida, de modo que los electrones
pasan por una quinona, de ahí a una Fe/S proteína, y terminan en una
ferredoxina, que a su vez los cede al NADP+, para generar poder reductor (NADPH
+ H+)
Ahora bien, como hemos dicho, el
FSI+ no puede regenerarse directamente por el agua, sino que recibe los
electrones desde el FSII, a través de una c.t.e. (por supuesto, con
creación de ï„p y por lo tanto, ATP).
Esta c.t.e. consta de la serie de
transportadores siguiente PQ
(plastoquinona) ïƒ citocromo b·f ïƒ PC (plastocianina).
Como se puede
inferir, esos electrones proceden de la anterior excitación y oxidación del FS-II.
El FSII se excita porla
luz roja y ,como acabamos de decir, envía los electrones
al FSI vía c.t.e.). Este FSII+ sí puede regenerarse extrayendo los
electrones directamente del
H2O, desprendiéndose O2 (merced a un
complejo enzimático que contiene Mn, llamadocomplejo lítico del
agua o “reloj oxidante del
agua”).
Esquema en 'Z' de la
fosforilación acíclica en una cianobacteria
En resumen, el FSI+ actúa como un aceptor final de electrones
procedentes del FSII. A su vez, el FSII+ (oxidado) se reduce
directamente por el agua.
