La reacción de Hill , o reacción de los cloroplastos , fue descubierta en 1937 por el bioquímico Robert Hill de la Universidad de Cambridge . La reacción es una transferencia de electrones dependiente de la luz del agua al reactivo de Hill (agente oxidante artificial) contra un gradiente de potencial químico . En la práctica de laboratorio, esta reacción sirve para determinar la actividad fotoquímica de los cloroplastos debido a la fotooxidación del agua. La reacción de Hill demostró que la formación de oxígeno y la síntesis de azúcares a partir de dióxido de carbono son dos procesos diferentes e independientes. Estos datos proporcionados por Hill formaron la base de la comprensión moderna de la fotosíntesis .
De forma simplificada, la reacción de Hill se describe mediante la siguiente ecuación:
2H 2 O + 2A + (cloroplastos) → 2AH 2 + O 2donde A es un aceptor de electrones.
La reacción fue descubierta por Robert Hill en 1937. Encontró que los cloroplastos aislados podían liberar oxígeno cuando eran iluminados por la luz solar en presencia de un aceptor de electrones adecuado , como el ferricianuro . Para demostrar esta reacción, se utilizó diclorofenolindofenol (DCPIP) en el laboratorio como aceptor terminal de electrones para reemplazar el NADP, que no estaba disponible debido a la eliminación de los cloroplastos del entorno celular. El ferrocianuro se reduce (como el NADP en condiciones naturales) y el agua se oxida a oxígeno y protones. Utilizando esta técnica para observar la reacción, Hill estableció una serie de hechos importantes sobre la fotosíntesis. La reacción de Hill demuestra que la formación de oxígeno y la síntesis de azúcares a partir de dióxido de carbono son dos procesos diferentes, y la liberación de oxígeno es solo uno de los muchos procesos de la fotosíntesis.
La reacción de Hill implica que las reacciones luminosas de la fotosíntesis son el resultado de una serie de reacciones redox y requieren la presencia de un aceptor de electrones terminal. Normalmente, dicho aceptor es NADP , que juega un papel importante en la oxidación del agua. La reacción de Hill también muestra que el aceptor natural puede ser reemplazado por un aceptor de electrones artificial como DCPIP. La técnica de reemplazar un aceptor natural por uno artificial se usa en el laboratorio para medir el nivel de fosforilación de los cloroplastos y comparar su intensidad con la tasa de liberación de oxígeno.
Los electrones obtenidos durante la división del agua ingresan al fotosistema II , donde absorben energía luminosa y luego ingresan al sistema de transporte de electrones de la fotosíntesis (ETS). Estos electrones de alta energía se utilizan para reducir el NADP. Así, la energía solar se convierte en energía química al reducir el NADP a NADPH [1] .
La fotosíntesis es el proceso por el cual la energía luminosa es absorbida y convertida en energía química . La energía química se utiliza en última instancia para convertir el dióxido de carbono en azúcares. Durante la fotosíntesis, el aceptor natural de electrones, NADP , se reduce a NADPH en el estroma del cloroplasto [2] . En general, las siguientes reacciones de equilibrio ocurren en el cloroplasto .
Reacción de reducción que almacena energía en NADPH:
NADP + + 2H + + 2e - → NADPH + H + (recuperación)
Reacciones de oxidación de NADPH como fuente de energía y electrones:
NADP + + 2H + + 2e - ← NADPH + H + (oxidación)
Robert Hill (1937) estudió las reacciones redox de la fotosíntesis utilizando aceptores de electrones artificiales. Estudió la reacción de reducción en cloroplastos vivos aislados en ausencia de CO 2 y luz. En el curso de sus observaciones de cloroplastos irradiados con luz en ausencia de CO 2 , el aceptor artificial de electrones primero se redujo y luego se oxidó, cerrando el ciclo y permitiendo que el proceso continuara. Se liberó oxígeno como subproducto, pero no se formaron azúcares. Por otro lado, los cloroplastos colocados en la oscuridad en ausencia de CO 2 oxidaron completamente el aceptor artificial de electrones, por lo que no se liberó oxígeno y no se sintetizó azúcar. Estas observaciones permitieron a Hill concluir que el oxígeno se libera solo durante las reacciones luminosas de la fotosíntesis (reacciones de Hill) [3] . A partir de sus resultados, Hill concluyó que la fuente de oxígeno durante la fotosíntesis es el agua (H 2 O) y no el dióxido de carbono, como se pensaba anteriormente. Sus resultados también mostraron que la reacción redox de la luz es la primera reacción de la fotosíntesis.
El fisiólogo estadounidense Daniel I. Arnon llevó a cabo más investigaciones sobre la reacción de Hill a partir de 1957 . Arnon estudió la reacción de Hill utilizando el aceptor de electrones natural NADP. Este aceptor inhibió la formación de ATP , NADPH y H + , que se utilizan en reacciones oscuras. Arnon demostró que los cloroplastos activos a la luz en ausencia de CO 2 liberan oxígeno, pero no sintetizan azúcar. Luego demostró la fase oscura al observar los cloroplastos en la oscuridad, en condiciones de exceso de dióxido de carbono. Encontró que la fijación de carbono depende de la fase luminosa de la fotosíntesis. Arnon fue capaz de separar eficazmente las reacciones luminosas, durante las cuales se sintetizaron ATP, NADPH, H + y oxígeno, de las reacciones oscuras, durante las cuales se sintetizó azúcar. Concluyó que esta última parte de la fotosíntesis no requiere la presencia de luz.