Procesos que ocurren en los tilacoides. La fotofosforilación CÍCLICA

La FOTOFOSFORILACIÓN CÍCLICA fue descrita por ARNON en 1970 y en ella solo interviene el PS I (P700)

Los electrones de los pigmentos del complejo de antena, al recibir E. lumínica (fotones) saltan a un orbital de energía superior, al volver a su lugar, ceden la energía a la clorofila Ao y ésta a los pigmentos diana P700 que pierden e- oxidándose, estos e- pasan luego a la Ferredoxina y de esta al complejo de citocromos b₆-f (Que bombea protones al interior) y envía los e- a la Plastocianina. De ésta los e- vuelven de nuevo a ocupar el hueco de los que saltaron del P700 (reduciéndolo).

Los protones del interior activan a la ATP sintetasa para formar ATP

Que en esquema se puede también representar así:

F. NO CÍCLICA Y F. CÍCLICA CONSTITUYEN EL PROCESO DE FOTOFOSFORILACIÓN FOTOSINTÉTICA

ESTOS DOS PROCESOS FUNCIONAN ACOPLADOS. NORMALMENTE ACTÚA LA F. NO CÍCLICA, PERO CUANDO HAY EXCESO DE PODER REDUCTOR, LA FERREDOXINA EN VEZ DE CANALIZAR LOS ELECTRONES HACIA LA FORMACIÓN DE NADPH (F. NO CÍCLICA), LOS MANDA HACIA EL COMPLEJO B₆-F (F. CÍCLICA)

Procesos que ocurren en los tilacoides. La fotofosforilación NO CÍCLICA

En los tilacoides de los plastos tiene lugar la primera fase de la fotosíntesis:
la FOTOFOSFORILACIÓN (llamada antiguamente fase luminosa).

La FOTOFOSFORILACIÓN se divide en FOTOFOSFORILACIÓN NO CÍCLICA, que veremos a continuación, y fotofosforilación cíclica, que veremos más adelante.

La FOTOFOSFORILACIÓN NO CÍCLICA fue descrita por ARNON en 1969 y en ella participan ambos fotosistemas

En el PS II los electrones libres de los pigmentos del complejo de antena, al recibir

Energía luminosa (fotones), pasan a un nivel energético superior. Al volver a su situación inicial, ceden la energía absorbida a otras moléculas próximas y finalmente al pigmento diana que se oxidará (*) cediendo  un electrón al aceptor primario la Feofitina (que se reduce).

El electrón pasará luego de la Feofitina a la Plastoquinona, de esta al complejo de citocromos b_6- f (Que bombea protones hacia el interior del tilacoide) y finalmente a la Plastocianina.

En el PS I la absorción de otro fotón de luz por los pigmentos del complejo de antena (que se oxidan) transfiere un electrón (muy energético) a la clorofila aceptora Ao.

El hueco electrónico del pigmento es cubierto por el electrón cedido por la Plastocianina (con lo que vuelve a su estado reducido). El electrón pasa posteriormente a la Ferredoxina y de ésta al NADP⁺ formándose Poder reductor NADPH + H⁺

(*)El pigmento diana oxidado es un oxidante muy fuerte y provoca la FOTOLISIS DEL AGUA  (rotura de la molécula de agua por la luz) reduciéndose (El hueco de los electrones que había perdido es rellenado por los del agua, que pasan por el centro de Manganeso  y por la sustancia Z (Tirosina))

              H₂O   →      ½ O₂    +    2H⁺                

El Oxígeno se desprenderá a la atmósfera

Los protones junto a los bombeados por el complejo b₆-f  hacen que el interior del tilacoide se vuelva muy ácido, generándose un GRADIENTE ELECTROQUÍMICO.

Según la TEORÍA QUIMIOSMÓTICA de MITCHELL el gradiente electroquímico creado genera un flujo de protones a través de la ATP SINTETASA (localizada en los tilacoides por PARK y PON en 1963) que produce la energía necesaria para formar ATP (a partir de ADP + P) .

La FOTOFOSFORILACIÓN NO CÍCLICA del gráfico anterior se puede representar también  con un esquema como sigue:

ARNON. La fotofosforilación ciclica y no ciclica.

Daniel Arnon (1910-1994) Bioquímico y fisiólogo vegetal estadounidense de origen polaco, que realizó sus estudios en la Universidad de Berkeley en California, en la que se doctoró en 1936 y luego fue profesor de fisiología celular.
Descubrió que el vanadio y el molibdeno son absorbidos  en pequeñas cantidades por las plantas y resultan esenciales en su metabolismo y participó junto a Emerson en experimentos para comprobar la cantidad mínima de luz necesaria para producir una molécula de O2 en la fotosíntesis, pero Arnon es conocido principalmente por haber propuesto en 1969 el proceso de la fotofosforilación no cíclica y al año siguiente el de la fotofosforilación cíclica, que conjuntados constituyen la fosforilación fotosintética en los vegetales.

Procesos que ocurren en los tilacoides: FOTOSISTEMAS

Los grana de los cloroplastos están formados por membranas denominadas TILACOIDES.

En los TILACOIDES tiene lugar la primera fase de la FOTOSÍNTESIS: 

la FOTOFOSFORILACIÓN (ver entrada del día 16)

En 1957 Emerson vio que había dos tipos de asociación de pigmentos en los tilacoides: 

el FOTOSISTEMA I (PS I) y el FOTOSISTEMA II (PS II)

PS II denominado también (P680)          PS I  denominado también (P700)

*Absorbe luz "amarilla"     < 680 nm                      * Absorbe luz roja      > 680 nm

*Responsable de la Fotofosforilación                 *Responsable de la Fotofosforilación

  CICLICA                                                               NO CICLICA

*Contiene más clorofila B que A                            *Es casi todo clorofila A

*Se producen ATP, O₂ y NADPH + H⁺                  *Se produce ATP

En 1968 Briantains comprobó que el PS II era más SUPERFICIAL y el PS I más PROFUNDO en el tilacoide.

En sucesivas entradas vamos a ver como LOS PIGMENTOS FOTOSINTÉTICOS DE LOS TILACOIDES TOMAN ENERGÍA LUMINOSA Y LA TRANSFORMAN EN ENERGÍA QUÍMICA (ATP), FORMÁNDOSE TAMBIEN PODER REDUCTOR (NADPH + H⁺) Y O₂ QUE SE LIBERARÁ HACIA LA ATMÓSFERA.

(el ATP y el NADPH + H⁺ se emplearán con posterioridad en la segunda fase para fijar CO₂).

Cizalla dúctil

El fenómeno denominado cizalla dúctil  es una estructura de deformación que se puede observar normalmente en determinadas formaciones como en los domos o en el "Flysch".
En la entrada del día 21 de febrero, vimos que el "Flysch"recibe ese nombre porque en él son relativamente frecuentes los deslizamientos de unos estratos con relación a otros.

La cizalla dúctil se presenta por ejemplo cuando en una serie de estratos se produce un deslizamiento de materiales  que pueden dar lugar a tectonitas en las que se aprecian las deformaciones por los  sigmoides originados, que nos indican el sentido del desplazamiento como se puede apreciar en las siguientes imágenes.
Las milonitas y ultramilonitas que se generan en las zonas de cizalla son el testigo principal que ha quedado de este tipo de deformaciones.

El microscopio óptico

El MICROSCOPIO ÓPTICO fue descubierto en el año 1650 por A.V. Leeuwenhoek (véase entrada del 3 de febrero de 2014). Gracias a este fantástico descubrimiento los científicos pudieron acceder a un nuevo mundo que, por su pequeño tamaño, hasta ese momento les estaba vedado: el mundo de las células y el de los microorganismos.
El microscopio supuso uno de los mayores avances en el mundo de la Ciencia y dio lugar entre otras cosas, al nacimiento y desarrollo de dos nuevas disciplinas: la Citología y la Microbiología.

Los microscopios que fabricó Leeuwenhoek y los microscopios ópticos actuales parecen muy diferentes pero en esencia tienen el mismo fundamento.

En el microscopio óptico hay dos partes bien diferenciadas:

La parte ÓPTICA (la que interviene directamente en la visión) que se compone de:

·         Una LENTE OCULAR  (A) es intercambiable, con un máximo de 20 aumentos

·         Una LENTE OBJETIVO (B) también intercambiable, con un máximo de 100 aumentos

·         Un DIAFRAGMA o CONDENSADOR (C) para concentrar el haz de luz y dar mayor o menor contraste

·         Una fuente de luz (D) que puede ser un espejo orientable o una lámpara.

La parte MECÁNICA que se compone de:

·         Un PIÉ (1) en que se apoya el microscopio

·         Un BRAZO (2) por el que se coge el microscopio, que une el tubo con el pié

·         Un TUBO (3) que contiene las lentes ocular y objetivo

·         Una PLATINA (4) provista de un orificio central, en ella colocamos la muestra a observar

·         Un TORNILLO MACROMÉTRICO (5) mueve las lentes rápidamente para buscar la imagen

·         Un TORNILLO MICROMÉTRICO (6) las mueve lentamente para enfocar con nitidez

El máximo aumento del MICROSCOPIO ÓPTICO se obtiene utilizando la lente ocular de 20 aumentos y la lente objetivo de 100 aumentos, en ese caso el número de aumentos es 20x100 es decir 2000 aumentos (se multiplica en nº de aumentos de la lente ocular por los de la lente objetivo, el condensador no influye en la resolución).

El PODER RESOLUTIVO del m. óptico es de 0´2 μ (1 mm tiene 1000 μ). Para que dos puntos se vean separados tienen que estar a una distancia de más de 0,2 micras.

Para observar una muestra en el microscopio se coloca en un cristal rectangular que se denomina portaobjetos y encima se pone un cristal cuadrangular mas fino que se llama cubreobjetos. Se pueden teñir las muestras con colorantes específicos si es necesario.

El microscopio está diseñado para que pueda ser utilizado indistintamente por personas diestras o zurdas pues los tornillos macrométrico y micrométrico son dobles. Cuando se utiliza el microscopio es importante tener en cuenta que las personas diestras deben mirar con el ojo izquierdo (sin guiñar el derecho) ello nos permite tomar apuntes o hacer dibujos sin retirarnos del microscopio utilizando para ello el otro ojo. Los zurdos tendrán que hacerlo al revés.

EMERSON y los fotosistemas

Robert Emerson (1903-1959) Científico estadounidense que estudió en Harvard y se doctoró en la Universidad de Berlín. Trabajó en la División de Biología del Instituto de Tecnología de California y finalmente recaló en el Departamento de Botánica de la Universidad de Illinois.
Interesado en primer lugar por conocer la cantidad de clorofila necesaria para producir una molécula de oxígeno, Emerson trabajó con Arnold  aplicándole a las plantas destellos de luz cada vez mas cortos, Emerson llegó a la conclusión de que tan solo se necesitaban de 8 a 10 cuantos de luz para conseguirlo.
Emerson es conocido hoy por demostrar que existen dos centros de reacción fotosintética en las plantas, que son dos asociaciones diferentes de pigmentos en el tilacoide que absorben luz visible en la zona del rojo: el fotosistema I (PSI o P700) y el fotosistema II (PSII o P680).

La fotosíntesis

La FOTOSÍNTESIS (Síntesis por la luz) es un proceso metabólico que ocurre en las partes verdes de los vegetales.

Las plantas utilizan para ello el agua que absorben por la raíz, el CO2 que captan de la atmósfera y la energía de la luz que generalmente toman del sol, aunque también pueden utilizar la luz artificial emitida por una bombilla. 

Con solo estos elementos y la clorofila que poseen, son capaces de producir compuestos orgánicos, que pueden ser utilizados por ellos o por otros seres vivos y O2 que liberan a la atmósfera (prácticamente todo el oxígeno que hay en la atmósfera terrestre ha sido producido por los vegetales)

Aunque también se produce FOTOSÍNTESIS DEL NITRÓGENO a partir de nitratos y nitritos y FOTOSÍNTESIS DEL AZUFRE a partir de los sulfatos, nos vamos a centrar en la FOTOSÍNTESIS DEL CARBONO  que utiliza como fuente de C el CO₂ de la atmósfera y se produce en los CLOROPLASTOS de los VEGETALES.

Podemos resumir la Fotosíntesis en las dos fases que aparecen en este esquema:

FOTOFOSFORILACIÓN (izquierda) y FIJACIÓN DEL CO2 (derecha):

Bombas volcánicas

Como vimos en la entrada del 25 de febrero, los productos sólidos que emiten los volcanes se clasifican según su tamaño en bombas, lapilli y cenizas.
Los volcanes explosivos de tipo estromboliano emiten una gran cantidad de productos sólidos. Los más espectaculares, debido a su tamaño son las BOMBAS cuyo tamaño oscila entre unos 10cm y varios metros, pudiendo llegar a pesar varias toneladas.
En las imágenes una bomba pequeña (unos 20cm) sobre lapilli y dos grandes (de alrededor de 2 a 3 m de diámetro) y varias toneladas de peso.

En la siguiente fotografía un conjunto  de bombas volcánicas

Retrocruzamiento o cruzamiento prueba

Si un individuo presenta FENOTIPO recesivo (por ejemplo ojos azules) su GENOTIPO es aa (HOMOCIGÓTICO RECESIVO)
Si su FENOTIPO es dominante (ojos negros) no sabemos si es AA (HOMOCIGÓTICO DOMINANTE) o Aa o aA (HETEROCIGÓTICO).

En Genética para saber si un individuo de FENOTIPO DOMINANTE es HOMOCIGÓTICO o HETEROCIGÓTICO se cruza con el HOMOCIGÓTICO RECESIVO y se estudian sus descendientes. 

          Si toda la descendencia es de FENOTIPO DOMINANTE (a la izquierda) es que el individuo problema es HOMOCIGÓTICO AA

          Si la mitad de la descendencia es de FENOTIPO DOMINANTE y la otra mitad es de FENOTIPO RECESIVO (a la derecha) el individuo problema es HETEROCIGÓTICO Aa

RODRÍGUEZ DE LA FUENTE, el hombre y la Tierra

Félix Rodríguez de la Fuente (1928-1980) Zoólogo español y gran divulgador del entorno natural. Doctor en Medicina y profesor de Etología animal en la Universidad de Madrid, fue consejero de I.C.O.N.A, miembro del consejo del Instituto de Zoología José de Acosta del C.S.I.C. y vicepresidente de A.D.E.N.A.
Fue esencialmente un comunicador que con sus magníficos documentales sobre Naturaleza suscitó en los jóvenes de toda una generación el amor y respeto hacia el medio ambiente y los animales, haciendo especial hincapié en la protección de las especies en peligro de extinción.
Félix Rodriguez de la Fuente recibió numerosos premios por su labor divulgadora como el Premio Nacional de Televisión y el Premio Montecarlo Príncipe Raniero.
Autor de numerosas publicaciones sobre el mundo animal, Félix Rodriguez de la Fuente será siempre recordado por sus fantásticos documentales: Vida salvaje, Fauna ibérica, Planeta azul, El hombre y la Tierra, etc... pero sobre todo  por haber inculcado en la juventud el interés por el medio ambiente y el respeto a la Naturaleza.
Muchos biólogos, zoólogos, etólogos, ecólogos y geólogos llevamos grabadas en nuestro recuerdo aquellas imágenes que despertaron nuestra vocación por el maravilloso mundo de las Ciencias Naturales.

La clorofila

Una de las moléculas mas interesantes que aparecen en los seres vivos es la CLOROFILA.
A la clorofila no solo se debe el color verde que tienen los vegetales (ver entrada del 11 de junio de 2013), sino que esencialmente es una molécula que, al recibir la luz solar, algunos de sus electrones saltan de orbital y al volver a ocupar de nuevo su lugar ceden la energía captada a otras moléculas. Esto es esencial porque con ello los vegetales son capaces de aprovechar la energía de la luz solar y de incorporarla al ecosistema terrestre, a partir de ese momento esa energía va a poder ser aprovechada por el resto de los seres vivos que habitan nuestro planeta.

Los vegetales gracias a la CLOROFILA son los únicos organismos capaces de incorporar la energía de la luz que luego podrá ser utilizada por el resto de los seres vivos, por ello
LOS VEGETALES SON MUCHO MÁS IMPORTANTES PARA EL ECOSISTEMA QUE LOS ANIMALES ya que todos los seres vivos dependemos de los vegetales para sobrevivir.