Inspirado por una pregunta que me hizo un compañero de clase, tengo la siguiente pregunta sobre las reacciones independientes de la luz (fase oscura) en la fotosíntesis:
Supongamos que una muestra de algas se expone a la luz durante un tiempo considerable para que se alcance la concentración máxima (si existe un límite) de NADPH. Ahora bien, si la muestra se coloca en la oscuridad y se burbujea con ¹⁴CO₂ radiactivo , ¿se marcará radiactivamente la celda después de un tiempo de burbujeo continuo?
Supongo que la respuesta depende de la vida activa de ATP y NADPH, los productos de la reacción de la luz. Si son considerablemente estables, de forma que estén en concentración suficiente para ejecutar el ciclo de Calvin aunque su producción (aparte de la producción de ATP respiratorio) haya cesado por ausencia de luz. Si lo son, el ATP y el NADPH producidos durante el período de exposición inicial llevarán a cabo la fijación de carbono con carbono radiactivo y, por lo tanto, los azúcares radiomarcados serán recuperables de la muestra. De lo contrario, degenerarán rápidamente (por hidrólisis, utilización o similar) y no podrán realizar la fijación después de un tiempo fijo después de apagar la luz.
¿Cuál debería ser, en condiciones normales, el tiempo después del cual los productos de reacción a la luz ya no son capaces de fijar CO₂ por el ciclo de Calvin? Y, en última instancia, ¿la presencia de radiactividad en azúcares para el escenario anterior dependerá de la especie de planta?
[Ignoro toda la radiactividad debida a la disolución de ¹⁴CO₂ en el citoplasma]
Resulta que las llamadas reacciones independientes de la luz no son independientes de la luz en absoluto: existen varios mecanismos reguladores para evitar el giro del Ciclo de Calvin cuando no hay energía luminosa disponible para producir ATP/NADPH. La situación hipotética que describió en su pregunta demuestra la necesidad de tal regulación. La célula no puede permitir que los niveles de ATP y NADPH bajen demasiado porque esos dos factores son necesarios para todo. Entonces, si deja que el Ciclo de Calvin se ejecute cuando no hay forma de alimentarlo (en última instancia) con energía de la luz, entonces el Ciclo de Calvin se ejecutará hasta que el nivel de ATP/NADPH sea demasiado bajo para sostenerlo más, momento en el que la célula muere. Así que varias enzimas clave en el ciclo de Calvin son activadas indirectamente por la luz.
Uno de los mecanismos reguladores mejor estudiados es el sistema regulador de ferrodoxina/tiorredoxina. La enzima Ferredoxina-Tiorredoxina reductasa toma electrones de la ferredoxina (que se reduce con la energía de la luz a través de los fotosistemas) y los transfiere a la tiorredoxina, una proteína redox a base de disulfuro. Luego, la tiorredoxina reduce varias enzimas clave en el ciclo de Calvin, lo que las activa (a través de cambios conformacionales inducidos por enlaces disulfuro). El resultado es que cuando hay luz para facilitar la reducción, las enzimas metabólicas del ciclo de Calvin pueden funcionar, pero en la oscuridad la célula se oxida y estas enzimas se apagan, desactivando el ciclo de Calvin y deteniendo el CO. fijación.
Una dirección ortogonal de regulación de la luz de las reacciones "independientes de la luz" es RuBisCO Activase , que se requiere para modificar el sitio activo de RuBisCO para que esté activo. Esto requiere hidrólisis de ATP, lo que amplifica la sensibilidad del ciclo de Calvin a la disponibilidad de ATP.
La conclusión es que las reacciones independientes de la luz pueden no requerir directamente la luz como entrada, pero están reguladas por la disponibilidad de la luz. Traté de buscar cuánto tiempo en la oscuridad se necesitaría para cambiar el equilibrio redox de modo que las enzimas del ciclo de Calvin se inactivaran, pero no pude encontrar esos datos. La gente en la literatura, sin embargo, parece creer que sería rápido (1) .
Hay alguna descripción de esto en Wikipedia . Si quiere mirar más allá, Bob Buchanan en Berkeley hizo muchos avances fundamentales en esta área; una reseña suya que tal vez quieras revisar es (2) .
(1): Ruelland E, Miginiac-Maslow M. (1999). Tendencias en la ciencia de las plantas . 4(4): 136-141
(2): BuchananBB. (1980). Revisión Anual de Fisiología Vegetal . 31:341-374.
estocástico13
biochica