Los fotosistemas son unidades funcionales dentro de los cloroplastos encargadas de captar la luz solar y transformarla en energía química durante la fotosíntesis. Cada fotosistema contiene centenares de moléculas de clorofila, aunque solo unas pocas participan directamente en la conversión de energía.

Componentes del Fotosistema

• Fotón: Partícula de luz que inicia el proceso.
• Pigmentos antena: Son muchas moléculas de clorofila que absorben luz y transmiten la energía de unas a otras hasta llegar al centro de reacción.
• Centro de reacción: Contiene dos moléculas especiales de clorofila a, que liberan electrones excitados hacia la cadena de transporte electrónico.

Fotosistemas en las Membranas Tilacoidales

• Fotosistema II (PS II): Actúa primero, capta luz y rompe moléculas de agua (fotólisis) para liberar electrones.
• Fotosistema I (PS I): Recibe esos electrones, los excita con más luz, y los usa para reducir NADP⁺ a NADPH.

Importancia Biológica de la Fotosíntesis

La fotosíntesis es probablemente el proceso bioquímico más importante de la biosfera. A través de la fotosíntesis, la energía luminosa es convertida en energía química que se almacena en las moléculas orgánicas. De esta manera, la fotosíntesis es el primer paso del flujo de energía que ocurre en nuestro planeta.

Reacción General de la Fotosíntesis

6 CO₂ + 12 H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ + 6 H₂O
dióxido de carbono + agua → glucosa + oxígeno + agua

Principales Beneficios de la Fotosíntesis

• En los ecosistemas, juega un papel fundamental en el proceso de fijación de carbono.
• El proceso libera oxígeno al medio, que será utilizado en la respiración aerobia como oxidante.
• Produce la transformación de la energía luminosa en energía química, necesaria y utilizada por los seres vivos.

Ha permitido almacenar la energía solar en forma de biomasa y combustibles fósiles, como carbón, petróleo y gas natural.

Impacto en la Atmósfera y el Cambio Climático

• Amortigua así el efecto invernadero.
• Permite que exista un equilibrio en la biosfera entre seres autótrofos y heterótrofos como productores y fijadores de CO₂.

Se puede afirmar que la diversidad actual de la vida existente en la Tierra depende principalmente de la fotosíntesis.

Factores que Afectan el Rendimiento de la Fotosíntesis

Como en todo proceso químico, existen factores que condicionan el rendimiento de la fotosíntesis. El rendimiento o eficacia fotosintética se puede medir en función de la concentración de CO₂ asimilado por unidad de tiempo.

• El aumento de la concentración de CO₂ incrementa el rendimiento de la fotosíntesis.
• Cuando la concentración de O₂ se incrementa considerablemente en el ambiente, la eficacia de la fotosíntesis disminuye.
• Al disminuir el grado de humedad, se produce una sensible reducción de la fotosíntesis.
• El rendimiento fotosintético aumenta con la temperatura hasta alcanzar un punto máximo, a partir del cual va disminuyendo.
• Para intensidades lumínicas relativamente bajas, la fotosíntesis es proporcional a la intensidad de la luz.
• El rendimiento óptimo de la fotosíntesis se lleva a cabo con luz roja o azul.

Quimiosíntesis

Se entiende por quimiosíntesis la forma de nutrición autótrofa de los organismos quimiolitótrofos. Esta nutrición no depende de la energía de la luz, sino de la energía química desprendida en la oxidación que realizan estos organismos sobre sustancias inorgánicas sencillas.

Por ser autótrofos, también son capaces de asimilar el CO₂ del medio como fuente de carbono para fabricar sus propias biomoléculas. Este tipo de nutrición es exclusiva de las bacterias. Los sustratos que oxidan son moléculas o iones sencillos, tales como amoniaco, nitritos, sulfuros, hierro ferroso o hidrógeno molecular.

Bacterias Quimiosintéticas

• Nitrificantes: Las bacterias nitrosificantes oxidan amoniaco a nitrito.
• Del azufre: El producto resultante oxidado es el ácido sulfúrico.
• Del hierro: Estas bacterias aprovechan la energía de oxidación de hierro ferroso, que abunda en aguas con sales ferrosas, a férrico.
• Del hidrógeno: Emplean la oxidación del H₂ como fuente de energía.

Reacciones Antígeno-Anticuerpo

Cuando los anticuerpos reconocen a los antígenos, se unen a ellos en una reacción llamada antígeno-anticuerpo mediante enlaces de Van der Waals, fuerzas hidrofóbicas o iónicas.

Tipos de Reacciones Antígeno-Anticuerpo

• Precipitación: Los antígenos son macromoléculas con varios determinantes antigénicos (antígenos polivalentes) disueltos en los líquidos corporales. Cuando se unen a los anticuerpos, forman complejos antígeno-anticuerpo insolubles, que precipitan, lo que favorece que los fagocitos puedan destruirlos.
• Aglutinación: Los antígenos (aglutinógenos) se encuentran en la superficie de bacterias u otras células, y cuando se unen con los anticuerpos originan puentes entre ellos, formándose agregados (aglutinación), lo que facilita su destrucción. Ésta es la reacción que ocurre cuando se hacen transfusiones entre grupos sanguíneos incompatibles.
• Neutralización: El anticuerpo se une al antígeno eliminando los efectos negativos que tiene sobre el organismo invadido.
• Opsonización: Los microorganismos o las partículas antigénicas son fagocitadas más rápidamente por los fagocitos si tienen anticuerpos en su superficie. Los microorganismos recubiertos de anticuerpos se dice que están opsonizados.

Citoquinas

Las citoquinas son proteínas que regulan la función de las células que las producen sobre otros tipos celulares. Regulan, coordinan y potencian la respuesta inmunitaria. Por ejemplo, las interleucinas, sintetizadas por los leucocitos, que inducen su crecimiento y diferenciación. Otro ejemplo serían los interferones.

Células NK (Natural Killer)

Pertenecen a la línea linfoide, son una subclase de linfocitos que destruyen células infectadas y células que han perdido la expresión de moléculas de histocompatibilidad. Producen grandes cantidades de interferón que potencian la función fagocítica del macrófago. Las células NK controlan inicialmente infecciones virales y otros agentes intracelulares mediante la secreción de enzimas. Reconocen y destruyen blancos celulares cubiertos por anticuerpos, mecanismo efector humoral llamado citotoxicidad dependiente de anticuerpos. Además, las células NK poseen una importante actividad antitumoral.

Mastocitos

Las mastocitos (células cebadas o basófilos) son células similares a los basófilos pero con un núcleo sencillo. Se encuentran en el tejido conectivo y en las mucosas, y participan en la liberación de mediadores inflamatorios (histamina y heparina). Intervienen en la respuesta inflamatoria.

Interleucina

La interleucina es una citoquina que producen células del sistema inmunológico como los linfocitos, los macrófagos y los monocitos. Entre las funciones que desempeña está la comunicación entre células.

Fagocitosis

Células que intervienen:

• Monocitos: Son leucocitos que se desarrollan en la médula ósea y maduran en la sangre. Ingieren sustancias no propias o peligrosas y presentan antígenos a otras células del sistema inmunitario. Tras varias horas en el torrente circulatorio, pueden migrar a los pulmones, la médula ósea, los ganglios, el bazo o el hígado, y allí se transforman en macrófagos.
• Macrófagos: Son células de gran tamaño, con una enorme capacidad para fagocitar. Su origen es variado: monocitos, células madre granulocíticas o macrófagos preexistentes. Presentan gran cantidad de lisosomas. Se encuentran en los tejidos y órganos del cuerpo, donde permanecen a la espera de actuar.
• Neutrófilos: Son muy abundantes. Los tejidos infectados liberan sustancias que los atraen, y son capaces de abandonar los vasos sanguíneos (diapédesis) y desplazarse con movimiento ameboide hacia las zonas donde se ha producido la infección.
• Células dendríticas: Son muy eficientes en la fagocitosis. Se encuentran en los tejidos que están en contacto con el medio externo (piel, pulmones, mucosa nasal, estómago e intestinos). Actúan también como células presentadoras de antígenos.

Órganos y Tejidos del Sistema Inmunológico