Fotosíntesis: ¿Qué impulsa la división del agua?

La catálisis se trata de reducir la barrera de energía libre (también conocida como energía de activación ) de una reacción, por lo que no requiere energía. En la fotólisis (por ejemplo, dividir el agua) obtienes la energía de los fotones absorbidos.

El proceso exacto se llama ciclo Joliot-Kok:

• Figura 1 - Ciclo Joliot-Kok - fuente

Entonces, el fotón separa las cargas en el P680, después de eso, el P680 activado activa el intermediario Yz, lo que fuerza a la enzima al siguiente paso (Sx) en la reacción.

• 2012 - Diferencia de potencial eléctrico transmembrana en el complejo proteína-pigmento del fotosistema 2
• 2006 - El grupo de óxido de manganeso y calcio del fotosistema II y su asimilación por las cianobacterias

El proceso global comprende tres tipos de secuencias de reacción: (a) separación de carga inducida por la luz que conduce a la formación del par iónico radical P680+ QA(- ); (b) reducción de plastoquinona a plastoquinol en el sitio QB a través de una secuencia de reacción de dos pasos con QA(- ) como reductor y (c) división del agua oxidativa en O2 y cuatro protones en un sitio catalítico que contiene manganeso a través de un proceso de cuatro pasos. secuencia impulsada por P680+ como oxidante y una tirosina YZ redox activa que actúa como mediador.

• 2007 - Fotosistema II: estructura y mecanismo del agua:plastoquinona oxidorreductasa.

Entonces, el proceso no involucra ATP o NAD o algo así, solo la "tirosina activa redox YZ". ATP y NADPH se crean después de la parte PS2 de la fotosíntesis.

• Figura 2 - Reacciones de la fotosíntesis dependientes de la luz - cadena de transporte de electrones - fuente

La fotólisis del agua consiste en almacenar la energía proveniente de los fotones (luz) en ATP y NADPH. En el ciclo de Calvin, las células utilizan la energía almacenada para reducir el CO2 a carbohidratos. Por ejemplo, la glucosa se puede entregar a las células de la raíz, que pueden usarla como alimento.

Los electrones que se generan al dividir el agua se utilizan más tarde para dividir el CO2.

La fórmula general es:

El Photosystem II realiza la primera parte de la reacción dividiendo el agua y transfiriendo electrones a la plastoquinona y también generando iones H+. El agua se oxida (gasta electrones) en esta reacción, el CO2 al final se reduce (recibe electrones). Se necesitan 4 fotones para dividir 1 molécula de agua y 8 fotones para liberar una molécula de oxígeno. Para las plantas verdes, la energía para esta reacción proviene completamente de la luz. En el proceso también se utiliza la energía de los electrones para generar ATP, no para utilizarlo. Se puede encontrar una vista más detallada en el diagrama esquemático " Z-scheme " en la página de Wikipedia sobre fotosíntesis:

La figura muestra el flujo de electrones y los puntos en los que la luz los lleva a niveles de energía más altos. La energía de la luz se convierte luego en un gradiente de protones que luego se usa para generar ATP.

También es posible intercambiar el papel del oxígeno con azufre, entonces la fuente de energía suele ser el calor. Esto lo hacen las bacterias reductoras de azufre en las profundidades del mar en las proximidades de los fumadores negros.

Otros dos describen muy detalles y estas son buenas respuestas.

Las luces son la fuente de energía, activando las enzimas para dividir$\ce{H_2O}$. Cuando una clorofila en el centro de reacción del fotosistema II absorbe energía luminosa, se libera un electrón. Este es el estado activado energizado por luces y tiene suficiente energía/capacidad para absorber electrones de$\ce{H_2O}$.

$\ce{2H_2O \rightarrow 4H^+ + 4e^- + O_2}$

Química de oxidación del agua del fotosistema II

¡ La luz es de hecho la energía requerida para que ocurra el proceso! La clorofila del fotosistema involucrada es P680. La energía luminosa excita un electrón a un nivel superior, y este electrón es capturado por la feofitina, formando P680 ⁺ . El potencial redox para P680 ⁺ es enorme, 1.3V, y se convierte en un agente oxidante muy fuerte, regenerando sus electrones perdidos del agua durante el proceso de evolución del oxígeno. El electrón que fue a la feofitina termina transfiriéndose a Q _A , luego a Q _B (estos están involucrados en otros lugares).

Así que ahora, el P680 ⁺ oxida este residuo de tirosina redox activo llamado Yz al tomar un electrón. Esto fuerza a Yz a un estado radical Yz*. Como continúa proporcionando el artículo, los datos mostraron que el pKa del grupo hidroxilo Yz era superior a 9, lo que significa que debería protonarse a un pH fisiológico. Como resultado, junto con la transferencia de electrones descrita anteriormente, se dona un protón de Yz* a una base cercana: la histidina 190. De esta manera, Yz* es capaz de oxidar rápidamente el grupo de manganeso tetranuclear cercano. Un complejo generador de oxígeno está formado por Yz, Mn ₄ , Ca, Cl y un par de aminoácidos adicionales. Yz oxida el grupo de manganeso que da como resultado estados de transición denotados S1-S4:

El grupo de Mn fuertemente oxidado luego oxida el agua para volver a un estado S0, formando O ₂ como parte del proceso.

Los autores detallan:

Proponemos que la formación de enlaces O–O ocurre en el estado S4 a través del ataque nucleofílico en una especie de MnV=O deficiente en electrones por parte de una molécula de agua unida a Ca2... La formación de enlaces O–O comienza al acercar el segundo sustrato de agua al MnV=O en una reacción similar a SN2 (estado S4 en la figura 2). Proponemos que esto ocurre a través de la contracción del enlace Mn-Cl tras la formación del resto MnV=O de alta valencia.

En conclusión, vemos que la luz potencia la reacción, pero está mediada por proteínas. La reacción neta es una oxidación de un complejo de metaloenzimas que esencialmente arranca los hidrógenos de las moléculas de agua para volver a su estado estándar. El artículo utilizado para esta respuesta fue la mejor explicación, con muchos detalles, que pude encontrar personalmente, pero es de 2002. Si alguien tiene una explicación más precisa, ¡hágamelo saber!