Fotosíntesis

¿Qué es la fotosíntesis?Es la función por la cual las plantas

verdes mediante la clorofila y en presencia de la luz solar, transforma el CO2 y el agua en sustancias hidrocarbonadas con desprendimiento de O2.

Esta ruta metabólica concluye con las síntesis de carbohidratos, a partir de CO2 y agua mediante el uso de la energía radiante de la luz solar.

Formula :

6 + 6 +

+ 6

plantas•Se dan en plantas verdes autótrofas•En organelos llamados cloroplastos

algas•Solo se da en algas verdes•En organelos llamados cloroplastos

bacterias

•Autótrofas•En la membrana plasmática

Estructura de una hoja• Epidermis superior• Epidermis inferior• Cutículo Parénquima esponjoso• Mesófilo Parénquima en empanada Xilema• Venas o haces vasculares Floema• Estomas

Epidermis superior• Cubre la superficie de la hoja • Es mas gruesa que la epidermis inferior • Leda protección a la planta contra lesiones o

perdida de aguaEpidermis inferior

• Cubre la superficie inferior de la hoja • Es mas delgada que la superior

Nota: La mayor parte de las células de estas capas carecen de

cloroplastos y son relativamente transparentes Permiten la penetración de la luz a la zona media de la

hoja, donde tiene lugar la fotosíntesis

Cutícula

• Es una capa cerosa que las células epidérmicas segregan

• Reduce la perdida de agua a través de las paredes externas

• Formada por una sustancia cerosa llamada “cutina”

Mesófilo• Tejido fundamental fotosintético• Se encuentra entre la epidermis superior e

inferior• Las células del mesófilo se encuentran en

forma laxa con michos espacios aéreos• Se encuentran aquí los cloroplastos

• Se divide en: Parénquima en empanada: es la parte de

la hoja donde se lleva acabo la fotosíntesis.

Parénquima esponjoso: permite la difusión de los gases dentro de la hoja(CO2)

Venas o haces vasculares• Proporcionan agua y minerales procedentes

de las raíces• Dan sostén a la hoja cuya estructura es débil

por la gran cantidad de espacios aéreos en el mesófilo y evitar que se colapse bajo su propio peso

• Se divide en: Floema: Trasporta azucares disueltos en

todas las partes de la planta.Se encuentra en la parte inferior de la hoja.

Xilema: Trasporta agua y minerales disueltos (nutrientes inorgánicos)

Se localiza hacia a la parte superior de la vena.

Estomas

• Se encargan de intercambiar gases entre la atmosfera y los tejidos foliculares internos

• El CO2 que es la materia prima para la fotosíntesis, se difunde hacia el interior de la célula a través de los estomas

• El O2 producto de la fotosíntesis se difunde con rapidez hacia el exterior de la hoja a través de los estomas

Los cloroplastos Son organelos membranosos donde

se tiene lugar la fotosíntesis en organismos eucariontes; se producen en algunas células de plantas y algas.

Contienen los pigmentos de las plantas los cuales son la clorofila y los pigmentos accesorios. 

Estructura de los cloroplastosEstán constituidos por:• Membrana externa• Membrana interna • Tilacoides• Membranas del tilacoideDos compartimientos solubles:• Estroma• Espacio intermembrenal

Tilacoides• Al conjunto de tilacoides apilados se les denomina

“grana”• Se realizan aquí las reacciones dependientes de luz

Estroma• Contienen enzimas que producen hidratos de carbono a

partir de CO2 y agua, utilizando a energía capturada de la luz del sol.

• Sitio donde tiene lugar las reacciones del Ciclo de Calvin• Se encuentran las proteínas de transcripción, replicación

y duplicación así como el DNA del organelo al nucleoide

Membrana del tilacoide• Aquí se encuentra la clorofila • Esta implicada en la formación de ATP

• Se encuentra el aparato fotoquímico formado x las proteínas involucradas en la captación de la energía luminosa y su conversión a energía química

Espacio intermembrenal• Es el espacio que se forma dentro del

sistema de membranas tilacoidales

¿Para qué se utiliza la molécula de agua?

El agua necesaria para la fotosíntesis se obtiene del suelo y es trasportada por el xilema hasta la hoja, donde se difunde y humedece las superficies de las células del mesófilo.

La disposición laxa del tejido y la gran cantidad de espacios aéreos del espacio aéreo permite la rápida difusión del CO2 hacia las superficies celulares, aquí se disuelve en una película de H2O antes de difundirse hacia el interior de las células.

La luz• La luz se compone de paquetes de energía

llamados “fotones”• La energía de un fotón corresponde a su

longitud de onda • La fotosíntesis depende de la luz detectable

por ojo humano y no de radiaciones con otras longitudes de onda

• La longitud de onda de la luz visible del espectro excita determinados tipos de moléculas biológicas, lo que mueve electrones a niveles energéticos mas altos

• La radiación de longitudes de onda menores que la luz visible contiene tanta energía que altera los enlaces de moléculas biológicas.

Pigmentos• En la membrana tilacoidal se encuentran varios

pigmentos como son la clorofila y pigmentos accesorios( carotenoides )

Clorofila• Absorbe la luz principalmente en las regiones azul y roja

del espectro visible• La luz absorbida no es absorbida en grado apreciable por

la clorofila• Las plantas suelen verse verdes porque sus hojas

dispersan o reflejan parte de ese color que les llega• Hay dos tipos principalmente: Clorofila a• Pigmento que inicia las reacciones dependientes de luz en

la fotosíntesis.

• Difiere de la clorofila b por tener un grupo metilo (-CH3)

• Se ve de color verde obscuro Clorofila b• Pigmento accesorio• Tiene un grupo carbonilo terminal (-CHO)• Se ve de color verde amarillento

Carotenoides• Pigmentos fotosintéticos accesorios• Reflejan el color amarillo o anaranjado• Absorben longitudes de onda diferentes a las

que corresponden a la clorofila• Protegen a la clorofila y otras partes de la

membrana tilacoidal del exceso de energía luminosa que podría dañar los componentes fotosintéticos

Pigmentos en el otoño Muchos arboles de clima templado cuando

sus hojas cambian de color en el otoño la clorofila se degrada, dejando a los pigmentos accesorios anaranjado y amarrillo en las hojas

Las reacciones de las fotosíntesis se dividen en dos: • Reacciones fotodependientes (reacciones

dependientes de la luz).• Reacciones de fijación de carbono (reacciones

independientes de la luz).

Cada conjunto de reacción tiene lugar en una región distinta del cloroplasto:• Reacciones fotodependientes en los Tilacoides

• Reacciones de fijación de carbono en el estroma

Reacciones Fotodependientes (dependientes de la luz): Parte luminosa o “FOTO” de la fotosíntesis

CARACTERISTICAS: • La energía lumínica es convertida en

energía química por una serie de reacciones de transferencia de electrones.

• Ocurren en los tilacoides.• Comienzan cuando la clorofila captura

energía lumínica

Reacciones fotodependientes que ocurren en las membranas tilacoidales.La energía de la luz solar se usa para disociar el agua, producir ATP y reducir el NADP*.1.- Reacciones fotoquímicas: Se energiza la clorofila, que en el centro de reacción sede

su electrón energizado a una molécula aceptará de electrones.

• Materiales necesarios: Energía luminosa y pigmentos (clorofila).

• Productos terminales: Electrones2.- Transporte de electrones: Se transportan los electrones en una cadena de aceptores

en las membranas tilacoidales, los electrones reducen el NADP; la disociación del agua permite que parte de los protones (H*) se acumulen en el espacio tilacoidal.

• Materiales necesarios: Electrones, NADP*, H2O y aceptores de electrones.

• Productos terminales: NADPH y O2.3.- Quimiósmosis:  Los protones (H*) cruzan la membrana

tilacoidal a favor de su gradiente, por conductos especiales en el complejo de sintasa de ATP, se libera energía que sirve para producir ATP 

• Materiales necesarios: Gradientes de protones ADP + P.

• Productos terminales: ATP.

Reacciones dependientes de la luz de la fotosíntesis:

Comienzan cuando los fotones son adsorbidos por el fotosistema II.

1.- La luz es adsorbida por el fotosistema II, y la energía se transfiere a los electrones en las moléculas de clorofila o del centro de reacción.

2.- Los electrones energéticos salen del centro de reacción.

3.- Los electrones se mueven a la cadena transportadora de electrones adyacente.

4.- La cadena transporta los electrones, y cierta cantidad de su energía se emplea para impulsar la síntesis de ATP mediante la quimiósmosis. Los electrones sin energía sustituyen los que se perdieron por el fotosistema I.

5.- La luz incide en el fotosistema I, y se pasa energía a los electrones en las moléculas de clorofila o del centro de reacción.

6.- Los electrones energéticos salen del centro de reacción .

7.- Los electrones se mueven a la cadena transportadora de electrones.

8.- Los electrones energéticos del fotosistema I son captados en las moléculas de NADPH.

9.- Los electrones perdidos por el centro de reacción del fotosistema II son remplazados por los electrones que se obtienen por la descomposición del agua, que es una reacción que también libera oxigeno y H+ empleado para formar NADPH.

La fotofosforilación no cíclica produce ATP y NADPH.

• Reacción fotodependientes más común, participan tanto el fotosistema I como el fotosistema II.

• Denominado así porque los electrones que salen de las moléculas de clorofila ya no regresarán a esas mismas moléculas.

Reacciones de fijación de carbono: Durante estas, se utiliza la energía de ATP y NADPH para producir moléculas de carbohidrato a partir de dióxido de carbono.

a) Las reacciones de fijación de carbono ocurren como parte del ciclo de Calvin o vía C3.

1.-Las moléculas de CO2 son capturadas por el RuBP, lo que genera un producto intermediario inestable, el cual se disocia de inmediato en dos moléculas de PGA.

2.-El PGA es fosforilado por NADPH. La eliminación de un fosfato causa la formación de

G3P.

3.- Mediante una serie de reacciones, el G3P se transpone a mas moléculas de RuBP u otro azúcar.

Fijación del carbono

b) En la vía C4, la enzima carboxilasa de PEP se une eficazmente al CO2, incluso cuando la concentración de este es baja.

1.- Las reacciones C4 ocurren dentro de las células del mesófilo. El dióxido de carbono se fija en el oxalacetato, que luego se convierte en malato.

2.- El malato pasa a una célula de la vaina del haz, donde el CO2 se disocia. Este dióxido de carbono liberado pasa luego al ciclo de Calvin.

c) La vía CAM (crassulacean acid matabolism, metabolismo acido de las crasuláceas)

• Es muy similar a la C4.• La fijación inicial del CO2 ocurre por la noche• La descarboxilación del malato ocurre y la

producción de azúcar a partir del CO2 por la vía fotosintética C3 se realiza durante el día.

• Los mecanismos CAM y C3 ocurren en momentos diferentes en una misma célula de las plantas.

• Carboxilasa de PEP fija carbono por la noche en las células del mesófilo, y el ciclo de Calvin ocurre durante el día en las mismas células.

• Las plantas CAM son capaces de realizar el intercambio gaseoso para la fotosíntesis.

• Reducen en un grado significativo la perdida de agua (sobrevivir en desiertos).

Fotosíntesis en el maíz y en el nopalEn plantas como el maíz se realiza una

derivación del proceso fotosintético denominado fotosíntesis tipo C4;donde el tejido fotosintético esta compuesto por 2 tipos celulares conocidas como células del mesófilo y células del parénquima vascular. En este tipo de plantas hay una acumulación de cloroplastos en ambos tipos de células. El desarrollo de los cloroplastos va acoplado al desarrollo del tejido fotosintético por lo tanto los cloroplastos con mayor capacidad fotosintética se encuentran concentrados en las células maduras de la hoja.

En cambio en el nopal se realiza el proceso fotosintético denominado fotosíntesis tipo C3

Diferencia entre fotosíntesis de un nopal y el maíz

Reacciones de fijación de carbono que ocurren en el estroma.

Fijación de carbono: se usa dióxido de carbono (CO2) para producir carbohidrato.

• Productos terminales: Ribulosa bisfosfato, CO2, ATP, NADPH y enzimas necesarias.

• Materiales necesarios: Carbohidratos ADP + P y NADP*

Reacciones de fijación de carbono que ocurren como parte del ciclo de Calvin o vía C3.Fijación de carbono:• El dióxido de carbono se combina con ribulosa

bifosfato (RuBP), un azúcar de cinco carbonos.• Reacción es catalizada por la enzima carboxilasa

de ribulosa bisfosfato (rubisco).• 6 moléculas de RuBP reaccionan con 6 moléculas

de CO2 para formar 12 moléculas de PGA.• El producto es un intermediario inestable de seis

carbonos, el cual de inmediato se descompone en dos moléculas de fosfoglicérato (PGA) de tres carbonos.

• Los tres carbonos del PGA le dan su nombre al ciclo C3 o ciclo de Calvin.

Importancia de la fotosíntesis

La síntesis de materia orgánica a partir de la inorgánica se realiza fundamentalmente mediante la fotosíntesis; luego irá pasando de unos seres vivos a otros mediante las cadenas tróficas, para ser transformada en materia propia por los diferentes seres vivos.

Produce la transformación de la energía luminosa en energía química, necesaria y utilizada por los seres vivos .

En la fotosíntesis se libera oxígeno, que será utilizado en la respiración aerobia como oxidante.

De la fotosíntesis depende también la energía almacenada en combustibles fósiles como carbón, petróleo y gas natural.

El equilibrio necesario entre seres autótrofos y heterótrofos no sería posible sin la fotosíntesis.

La fotosíntesis fue causante del cambio producido en la atmósfera primitiva, que era anaerobia y reductora.

Factores ambientales que pueden alterar el proceso fotosintético

a) El ozono inhibe la fotosíntesis por que daña las células del mesófilo quizás por la alteración de la permeabilidad de sus membranas celulares.

b) La exposición a bajas concentraciones de contaminantes atmosféricos a menudo causa un descenso en la actividad fotosintética sin otros síntomas de daño.

c) Las lesiones en hojas y otros síntomas visibles en las plantas a parecen a concentraciones mucho mayores de contaminantes en el aire.

d) La temperatura, debido a su influencia en todos los procesos enzimáticos y metabólicos juegan un papel en la disponibilidad de agua, que puede afectar al grado de apertura estomática y por tanto a la difusión del CO2, y la disponibilidad de nutrientes .

Integrantes :Cerón García Jessica Alejandra

Coquis Navarrete Ana KharenSalazar Sosa PatriciaSánchez de Santiago Salvador

Grupo: 607

Bibliografía:

Audesirk,Teresa; Gerald, Audersik, etal (2004). Biología: Ciencias y Naturaleza. México. Editorial Pearson.

. Jiménez I. Felipe , Merchant Horacio. (2003). Biología celular y molecular. México. Editorial Pearson Educación.

Solomon,Eldra P., Berg Linda R., Martin Diana W.(2008). Biología. México

Editorial Mc Graw Hill.