FOTOSÍNTESIS Es la transformación de la energía luminosa en energía química y el uso de esta energía

para la síntesis de compuestos orgánicos a ´partir de moléculas inorgánicas como CO2 y

H2O.

Tipo de organismos que realizan fotosíntesis:

Plantas, algas, bacterias fotosintéticas y diatomeas (componentes del

fitoplancton).

Fotosíntesis oxigénica:

Proceso en el cual la síntesis de

compuestos orgánicos se acompaña de la

producción de oxígeno. Se presenta en

plantas, algas y en algunos tipos de

bacterias fotosintéticas.

Fotosíntesis anoxigénica:

Proceso en el cual la síntesis de

compuestos orgánicos NO se acompaña de

la producción de oxígeno. Se presenta en

algunos tipos de bacterias.

LUZ:

Un elemento fundamental para que se lleve a cabo la fotosíntesis es la luz visible.

La luz visible es una pequeña parte del espectro electromagnético de 400 a 750 nm.

FACTORES QUE REGULAN LA FOTOSÍNTESIS

FACTORES QUE REGULAN LA FOTOSÍNTESIS

PIGMENTOS FOTOSINTÉTICOS:

Son las substancias químicas encargadas de captar la energía de la luz, transportarla y

convertirla en energía química.

ficocianina β-caroteno

Pigmentos antena:

Estos pigmentos captan la energía de la luz y la transportan hasta

un sitio específico llamado CENTRO DE REACCIÓN.

Centro de reacción:

Es el sitio específico en donde una molécula de clorofila utiliza la

energía absorbida para desprender un electrón. Ésta es la etapa en

la cual la energía lumínica se utiliza para una reacción química.

FACTORES QUE REGULAN LA FOTOSÍNTESIS

Una característica fundamental de los pigmentos fotosintéticos es la presencia de múltiples dobles enlaces

conjugados en su estructura.

Lo anterior le confiere a la molécula la posibilidad de absorber energía.

A mayor número de dobles enlaces conjugados, es menor la cantidad de energía necesaria para que la molécula

sufra una transformación.

FACTORES QUE REGULAN LA FOTOSÍNTESIS

H2O Y CO2:

El agua y el bióxido de carbono son los substratos a partir de los cuales se sintetizan los

carbohidratos en la fotosíntesis, de acuerdo con la siguiente ecuación general:

6 CO2 + 6 H2O → C6 H12 O6 + 6O2

Las altas temperaturas provocan

• Disminución en la síntesis de clorofila

• Senescencia de las hojas

•

• Disminución de la actividad de la enzima Ribulosa bifosfato carboxilasa oxigenasa

Efecto de la temperatura sobre la fotosíntesis

Reacción simplificada de la síntesis de

carbohidratos en la fotosíntesis

CO2 + H2O C H2 O + O2

NADPH NADP+ ATP ADP

∆G = 2,872 kJ/mol

2e-

NADPH

P700

P700+

Fd

P700*

2e-

2e-

H2O

P680*

P680+

P680

2e- PC

Citocromo

bf

2e-

2e-

2H+

PQ

PQH2

+ ½ O2

H+ NADP+ +

Fe-S

NADP –FAD

Reductasa

Pheo QA

QB

2e- 2e-

Estroma

Interior del Tilacoide

2H+

2e-

CLO

2H+

2e-

Membana

tilacoidal

Fase fotoquímica de la fotosíntesis

REACCIONES Y FENÓMENOS QUE OCURREN EN LA FOTOSÍNTESIS

Captación de luz por los pigmentos fotosintéticos.

Uso de la energía luminosa para una reacción química (desprendimiento de

electrones de moléculas de clorofila en los fotosistemas P700 y P680).

Los electrones liberados del fotosistema P700 reducen el NADP+ y producen

NADPH.

El NADPH reduce el CO2 y produce (CH2O)n

Los electrones liberados del fotosistema P680 regeneran las moléculas de

clorofila, deficientes en electrones, del fotosistema P700.

Fotólisis del H2O, que produce O2, protones (H+) y electrones.

Uso de los electrones de la fotólisis del H2O para regenerar las moléculas de

clorofila, deficientes en electrones, del fotosistema P680.

Bombeo de protones desde el estroma hacia el lumen tilacoidal por el

mecanismo de la plastoquinona-plastoquinol.

Acumulación de protones (H+) en el lumen tilacoidal, procedentes del bombeo

por el mecanismo plastoquinona-plastoquinol y de la fotólisis del agua.

Síntesis de ATP aprovechando la energía del flujo de protones del lumen

tilacoidal hacia el estroma.

Uso del ATP generado para la síntesis de azúcares.

Fotofosforilación cíclica

2H+

2e-

P700

P700+

Fd

P700*

2e-

2e-

PC Citocromo

bf

2e- 2e-

PQH2

PQ

ADP ATP

ATPasa

Fe- S NADP –FAD

Reductasa

2H+ H+ H+

H+ H+

H+

H+

Estroma

Interior del

Tilacoide

H2C―O―PO32―

І C═O І HC―OH І HC―OH І H2C―O―PO3

2―

―O―C═O І H―C―OH І H2C―O―PO3

2―

H2C―O―PO32―

І H―C―OH І ―O―C═O

+

Ribulosa bifosfato

3-fosfoglicerato

CO2

O ═ C―O―PO32―

І H―C―OH І H2C―O―PO3

2―

1, 3-bifosfo

glicerato

O ═ C―H І H―C―OH І H2C―O―PO3

2―

Gliceraldehido

3 fosfato

H2C―OH

І C═O І HC―OH І HC―OH І H2C―O―PO3

2―

Ribulosa 5 fosfato

3 ATP

3 ADP

CICLO DE CALVIN-BENSON

EC 4.1.1.39

Síntesis de azúcares

y polisacáridos

H2C―OH

І C═O І HC―OH І HC―OH І H2C―O―PO3

2―

CH2―O―PO32―

І C ═ O І H2C―OH

H2C―O―PO32―

І C═O І HO―C―H І HC―OH І HC―OH І H2C―O―PO3

2―

Fosfato de

dihidroxiacetona

Triosa fosfato

isomerasa

Aldolasa

Ribulosa 5 fosfato

HC ═O

І HC―OH І HC―OH І HC―OH І H2C―O―PO3

2

―

Ribulosa fosfato quinasa

H2C―OH

І C═O І HO―CH І HC―OH І H2C―O―PO3

2―

O ═ C―H І H―C―OH І H―C―OH І H2C―O―PO3

2―

Eritrosa 4-fosfato

Aldolasa

Ribosa fosfato isomerasa Fosfopentosa

epimerasa

Fructosa-1,6-bifosfato

Ribosa 5 fosfato Xilulosa 5 fosfato

6 ATP 6 ADP

6 NADPH 6 NADP+

H2C―OH

І C═O І HO―C―H І HC―OH І HC―OH І H2C―O―PO3

2―

Fructosa-6-fosfato

Fructosa

bifosfatasa

H2C―O―PO32―

І C ═O

І HOC―H

І HC―OH І HC―OH І HC―OH І H2C―O―PO3

2―

Sedoheptulosa-

bifosfatasa

Sedoheptulosa-

1,7.bifosfato H2C―OH І C ═O

І HOC―H

І HC―OH І HC―OH І HC―OH І H2C―O―PO3

2―

Sedoheptulosa-

7.fosfato

Transcetolasa

Transcetolasa

Fosfoglicerato Quinasa

Gliceraldehido fosfato

Deshidrogenasa

1

2

3 4 5

6

7

8

9 10

11

12 13

VÍA C4 DE LA

FOTOSÍNTESIS

―O―C═O І C―O―PO3

2― ║ CH2

―O―C═O І C ═O І CH3

―O―C═O І C ═O І CH2 І ―O―C═O

―O―C═O І HO― C―H І CH2 І ―O―C═O

―O―C═O І C ═O І CH3

―O―C═O І HO― C―H І CH2 І ―O―C═O

ATP

AMP + PPi

NADPH + H

NADP+

CO2

CO2

Fosfoenolpiruvato Oxalacetato

Piruvato Malato

Ciclo de

Calvin-

Benson

Célula

del

Mesófilo

Célula de

la vaina

Fosfoenolpiruvato

carboxilasa

NADP+ NADPH + H

Enzima málico

dependiente de NADP

Surgió como una respuesta a la disminución de CO2 en la atmósfera.

Es una especie de mecanismo de concentración del CO2, utilizando un conjunto de enzimas que previamente

existían en las plantas, en especial, la fosfoenolpiruvato carboxilasa, que sirve para fijar el CO2 y que tiene una

alta afinidad por dicho substrato, siendo capaz de fijarlo aun a muy bajas concentraciones.

C3 C4 CAM

Eficiencia en el uso del agua

(g de CO2/kg agua)

1-3 2-5 1-8

Frecuencia estomática

(estomas/mm2)

40-300 <160 10-40

Tasa de transpiración (g/g*s) 450-900 250-300 45-55

Tasa de crecimiento relativo

(g/g*día)

5-20 30-50 0.0-0.5

Temp. Óptima (°C) 15-25 25 >30

Carboxilación Sólo una 1ª : en las células del

mesófilo

1ª : En la noche,

en las células del

mesófilo

2ª : En las células de

la vaina

2ª : En el día, en

las células del

mesófilo

Comparación de plantas C3, C4 y CAM

H2C - O-PO32-

І C═O І HC―OH І HC―OH І H2C - O-PO3

2-

―O―C═O І H2C - O-PO3

2-

Ribulosa bifosfato

2-Fosfoglicolato

H2C - O-PO32-

І HO―C―H І ―O―C ═ O

3-fosfoglicerato

+

H2C - O-PO32-

І HO―C―H І ―O―C ═ O

3-fosfoglicerato

O2

Rubisco

―O―C═O І H2C - OH

Glicolato

Fosfoglicolato

fosfatasa

―O―C═O І H-C ═ O

Glioxilato

Glicolato

oxidasa ―O―C═O І H-2C – NH3

+

Glicina

Glicerato

quinasa

ATP ADP

CITOSOL

CLOROPLASTO PEROXISOMA MITOCONDRIA

H2C - OH

І HO―C―H І ―O―C ═ O

Glicerato

H2C - OH

І C ═ O І ―O―C ═ O

Hidroxipiruvato

Hidroxipiruvato

reductasa

O2 H2O2

H2C - OH

І H-C - NH3

+ І ―O―C ═ O

Serina

COO― І CH2 І H―C―H

І C ═O І COO―

α-cetoglutarato

COO― І CH2 І H―C―H

І H―C - NH3

+

І COO―

Glutamato

CO2 + NH3+

H-2C – NH3+

І ―O―C═O

H2O

Glicina

NADH NAD +

FOTORRESPIRACIÓN

H4-Folato H4-Folato-CH2

Glicina hidroxi

metiltransferasa

Glicina

descarboxilasa

Glicina

transaminasa

Serina

transaminasa

NADH NAD

+