Johnny Cáceres .

Aspectos relacionados a la Fotosíntesis.

Aspectos generales

Aproximadamente el 40 % del peso seco de las plantas consiste en C.

Todo fijado por fotosíntesis. Este proceso es vital para

el crecimiento y la supervivencia en general de todas las plantas durante casi todo su ciclo.

Pero no solo para las plantas, si no para la vida en general.

Las condiciones necesarias para la fotosíntesis

La mayoría de los autótrofos fabrican su propio alimento utilizando la energía luminosa.

La energía de luz se convierte en la energía química que se almacena en la glucosa.

El proceso mediante el cual los autótrofos fabrican su propio alimento se llama fotosíntesis.

La mayoría de los seres vivos dependen directa o indirectamente de la luz para conseguir su alimento

la reacción general se puede resumir de esta manera:

6 CO2 + 6 H2O + luz C6H12O6 + 6 O2

La fotosíntesis, ¿es una reacción exergónica o endergónica?

enzimas

clorofila

EN LA FOTOSÍNTESIS:

La luz solar es la fuente de energía que atrapa la clorofila, un pigmento verde en las células que los autótrofos utilizan para la fotosíntesis.

El bióxido de carbono y el agua son las materias primas.

Las enzimas y las coenzimas controlan la síntesis de glucosa, a partir de las materias primas.

LA LUZ Y LOS PIGMENTOS

La luz es una forma de energía radiante.

La energía radiante es energía que se propaga en ondas.

Hay varias formas de energía radiante (ondas de radio, infrarrojas, ultravioletas, rayos X,

etc.). Para sintetizar alimento, se

usan únicamente las ondas de luz.

Cuando la luz choca con la materia, parte de la energía de la luz se absorbe y se convierte en otras formas de energía.

Cuando en una célula la luz del sol choca con las moléculas de clorofila, la clorofila absorbe alguna de la energía de luz que, eventualmente, se convierte en energía química y se almacena en las moléculas de glucosa que se producen.

Cuando un rayo de luz pasa a través de un prisma, se rompe en colores. Los colores constituyen el espectro

visible.

Los colores del espectro que el pigmento clorofila absorbe mejor son el violeta, el azul y el rojo.

¿Por qué la clorofila es verde?

Absorción de la luz

PIGMENTOS ACCESORIOS

CLASES DE CLOROFILA

Hay varias clases de clorofila, las cuales, generalmente se designan como a, b, c y d.

Algunas bacterias poseen una clase de clorofila que no está en las plantas ni en las algas.

Sin embargo, todas las moléculas de clorofila contienen el elemento magnesio (Mg).

Características Generales.

El proceso primario de la fotosíntesis ocurre en el cloroplasto.

En las plantas C3 la gran mayoría se encuentran en las células del mesófilo.

Fase luminosa

(fotoquimica o reacción de hill) reacciones fotodependientes que ocurren en la membrana de los tilacoides

Fase oscura

(quimiosintetica o ciclode Calvin-Benson-Basham) reacciones fotoindependientes que ocurren a nivel del estroma

FASES DE LA FOTOSÍNTESIS

H2O CO2

CH2O(MONOSACÁRIDO)

O2

ATP

NADPH

NADPADP

REACCIONES LUMÍNICAS CICLO DE CALVIN

ESQUEMA GENERAL DE LA FOTOSINTESISESQUEMA GENERAL DE LA FOTOSINTESIS

LUZ CLOROPLASTO

cloroplastos

De esta manera los cloroplasto son capaces de captar la energía de la luz y transformarla en energía química.

CLOROPLASTOS

En general se puede decir que el proceso fotosintético global esta compuesto de tres procesos principales.

• Absorción de fotones por los pigmentos (PS I, PS II).

• Producción de NADPH Y ATP.

• Ciclo de Calvin.

Absorción de fotones.

Todo inicia en el PS II. Cada “quantum” de

energía absorvido por la clorofila es conducido hasta el centro de reaccion del fotosistema.

En él se eleva la energía de un electrón pasando de un estado basal a uno excitado. Molécula de clorofila

con pico de absorción de 680 nm (P680).

Y qué pasa con esa energía.

La absorción de luz de onda corta excita a la clorofila mucho más que la luz roja, sin embargo la luz roja lo hace también de manera considerable.

Y puede haber tres maneras de hacerlo.

Esta se vuelve muy inestable y pasa esta energía a los alrededores.

• Transfiriendo un electrón de alta energía.

• Liberando calor.

• Emitiendo un fotón de baja energía (Fluorescencia).

-e

Transporte del electrón.

Cadena de transporte de electrones.

El electrón debe ser aportado por el agua (fotolisis).

Al pasar por la cadena de trasporte de electrones se libera energía que genera una fuerza motriz que bombea protones.

El lumen del tilacoide se vuelve ácido.

Se crea un gradiente de protones que se usa para formar ATP (fotofosforilación).

• Plastoquinonas.

• Citocromos.

Fotosistema II.

El PSII es un complejo similar el PSI.

Sin embargo el centro de reacción tiene un pico de absorción a 700 nm (P700).

De igual manera, las moléculas antenas recogen los fotones y transfieren la energía al centro de reacción.

Esta energía es pasada al electrón que viene a través del citocromo.

El electrón cargado pasa por un complejo de federroxinas hasta llegar al NADP y reducirlo a NADPH.

Formación de ATP

Pueden haber dos tipos de fotofosforilación.

Fotofosforilación no cíclica.

Fotofosforilación cíclica.

Ciclo de Calvin.

Conocido como fase oscura de la fotosintesis.

Ocurre en el estroma del cloroplasto.

Ribulosa 1,5-bifosfato carboxilasa oxigenasa (Rubisco).

CO2. Ribulosa 1,5-bifosfato.

Fase oscura o ciclo de calvin

La rubisco capta CO2. Luego la Rubisco carboxila al

RuBP y genera ac. Fosfoglicérico (PGA).

Con el consumo de ATP y NADPH el PGA se transforma en fosfogliceraldehido.

Parte de este (1/6) es trasportado al citoplasma.

El resto sigue en el ciclo para regenerar Ribulosa bifosfato.

ENERGÍA DISPONIBLE PARA LAS FUNCIONES

CELULARES

ENERGÍA DEL SOL

FOTOSÍNTESIS PRODUCCIÓN DE OXIGENO Y GLUCOSA

NECESIDAD DE AGUA Y CO2

LIBERACIÓN DE AGUA Y CO2

RESPIRACIÓN CELULAR

NECESIDAD DE OXÍGENO Y GLUCOSA

CIRCULACIÓN GENERAL DE LA ENERGÍA EN LOS SERES VIVOS

Se producen muchas sustancias.

REGENERACIÓN DEL RECEPTOR

DEL CO2

FIJACIÓN DEL CO2

REDUCCIÓN

Fotosistema I

Fotosistema II Fotosistema I

e-

e-

e-

H2O

O2

H+

H+

+Fotón

e-

e-

ADP+Pi ATP

Fotón

e-

Fotón

e-

ADP+Pi

ATP

e-

e-

NADP+

H+

H++

+H+

NADPH

Cadena de

transporte

electrónico

Cadena de

transporte

electrónico

FLUJO DE ELECTRONES NO CÍCLICO

FLUJO DE ELECTRONES CÍCLICO

3 x CO2

P

1 x gliceraldehido 3-fosfato

+H+

6 x NADPH

3 x ATP

6 X ATP

3 x ADP

6 x ADP

6 x Pi

6 x NADP

GLUCOSA Y OTROS

COMPUESTOS

ORGÁNICOS

FASE OSCURA - CICLO DE CALVIN

6 x 1,3-bifosfoglicerato

PP

6 x gliceraldehido 3-fosfato

P

6 x 3-fosfoglicerato

P

3 x ribulosa 1,5 bifosfato

P P

5 x gliceraldehido 3-fosfato

P

FASE LUMINICA

Fotorrespiración.

La fotorrespiración es un proceso que involucra el consumo de oxígeno por la RUBISCO y no de CO2.

Ambos sustratos se toman en el mismo sitio activo de la proteína.

El balance de carboxilación/oxidación.

La Rubisco tiene mayor afinidad por el CO2 que por el O2. En igualdad de concentraciones la enzima favorece la vía de Calvin más que la fotorrespiración.

La concentración de oxígeno en la atmósfera es de 21% y la de dióxido de carbono de 0,03 %. Por lo tanto, la fotorrespiración es alta.

Conforme la temperatura incrementa la relación entre CO2 y O2 cambia y se favorece la proporción de oxígeno. Por lo tanto, la fotorrespiración aumenta. A altas temperaturas la RUBISCO incrementa su capacidad de oxigenación.

• Cinética de la RUBISCO.

• Concentración de sustratos (CO2 y O2).

• Temperatura.

Fotorrespiración

Posibles ventajas.

Lleva a la formación de aminoácidos y otros compuestos nitrogenados esenciales para las plantas. Entre ellos: Glicina, Serina, Acido glutámico, Glutamina, Cetoglutarato, Hidroxipiruvato, Amonio.

Muchas plantas cierran los estomas a medio día y al disminuir el CO2 intracelular se puede disipar el exceso de ATP formado por la alta intensidad de las reacciones lumínicas. Esto puede evitar daños al aparato fotosintético.

Podría evitar el exceso de carbohidratos producidos cuando existen condiciones propicias para la fotosíntesis.

Suministro y demanda de CO2.

La tasa de asimilación de carbono fotosintético depende del suministro y demanda del CO2.

• El suministro de CO2 hasta los cloroplastos esta determinado en general por la difusión del gas.

• Por supuesto, este flujo puede ser afectado en cualquier punto a través de la ruta que va desde el aire alrededor de la hoja hasta los sitios propios de carboxilación.

• Concentración de CO2.• Resistencia de la Vía.

•Conductancia.

• Grosor de la capa borde.

• Resistencia del estoma.

• Resistencia interna al flujo.

Demanda.

La demanda de CO2 está determinada por la tasa de procesamiento de este.

• Estructura y bioquímica del cloroplasto.

• Factores ambientales (Luz).

• Factores propios de la planta (demanda de carbohidratos).

Respuesta de la fotosíntesis a la luz.

Es obvio que la cantidad de radiación afecta en gran manera la actividad fotosintética.

Por ejemplo, una baja intensidad de radiación podría limitar la fotosíntesis, por tanto a la ganancia neta de C y el crecimiento.

Sin embargo las plantas pueden tener mecanismos adaptativos hacia la falta de luz o al exceso.

De esta manera se puede pensar en plantas de sol y plantas de sombra.

Plantas c4

Realizada por plantas de rápido crecimiento, como las gramineas, ortigas, platano

La fijación de CO2 comienza por la síntesis de un compuesto de 4 carbonos.

Existen tres rutas clasificadas de acuerdo a la enzima que descarboxila la molécula de 4 carbonos:

1. NADP-malato deshidrogenasa =

NADP-ME

2. NAD-malato deshidrogenasa =

NAD-ME

3. Fosfoenolpiruvato carboxiquinasa =

PEP Carboxykinase

PEPC = Fosfoenolpiruvato carboxilasa

PPDK = Piruvatofosfato diquinasa

PEPC

PPDK

PEPC

PPDK

PEPC

PPDK

Plantas c4

Gracias!!!