La fotosíntesis es el proceso mediante el cual las plantas, las algas y algunas bacterias y protistas fabrican alimentos a partir de la luz solar y el dióxido de carbono. Un tercer ingrediente clave en este proceso es el agua. Los electrones se eliminan de la molécula de agua rompiendo la molécula de agua. Los protones (átomos de hidrógeno sin los electrones) se agregan a un gradiente de protones que luego se utiliza para generar la molécula de energía ATP. El átomo de oxígeno de una molécula de agua se combina con otro átomo de oxígeno de otra molécula de agua y se libera como oxígeno diatómico (O2).

Fotosíntesis

El proceso de fotosíntesis se puede dividir en dos etapas. La primera etapa de la fotosíntesis, a menudo llamada reacciones de luz ya que dependen de la luz, genera energía para la etapa posterior de la fotosíntesis. La segunda etapa de la fotosíntesis se conoce como las reacciones oscuras y usa la energía recolectada en las reacciones de la luz para fijar el dióxido de carbono en las moléculas de azúcar.

Cloroplastos

La fotosíntesis en las plantas ocurre en estructuras especializadas llamados cloroplastos. Dentro de los cloroplastos hay membranas apiladas llamadas membranas de tilacoides. Las membranas tilacoidales encierran pequeños espacios que permiten que los protones se concentren en un lado de la membrana. Estos protones se empaquetan en el espacio a través de la descomposición de moléculas de agua y por enzimas que usan los electrones liberados del fotosistema para agregar al gradiente de protones. Este gradiente de protones se puede usar para generar energía química.

Fotosistemas

Fotosistemas incrustados en las membranas contienen pigmentos que capturan energía y energizan electrones. A medida que los electrones se energizan, pasan a las moléculas de membrana que crean el gradiente de protones. Los protones vuelven a fluir a través de la membrana a través de una enzima llamada ATP sintasa que genera ATP, una molécula de energía.

Clorofila

El corazón del fotosistema es el pigmento clorofila. Mientras que otros pigmentos como carotenoides y xantofilas están presentes en el fotosistema, es la clorofila la que proporciona el electrón que se energiza con la energía de la luz. A medida que la clorofila libera el electrón para producir el gradiente de protones, el electrón es reemplazado por el centro iónico de la clorofila. El centro iónico de la clorofila se une al agua y elimina los electrones de la molécula de agua.

Proceso de luz de clorofila

A medida que la luz alcanza la clorofila, se libera y reemplaza un electrón. Cuatro electrones se activan y liberan para formar una molécula de oxígeno a partir de dos moléculas de agua. Los iones de hidrógeno restantes (protones) se liberan en el gradiente de protones del edificio mientras que los átomos de oxígeno de las dos moléculas se combinan para formar oxígeno diatómico y se liberan del fotosistema. Es importante señalar que es este paso inicial en la fotosíntesis donde se consume agua y se libera oxígeno, y este proceso requiere la presencia de luz.