Fotosíntesis

Serie de reacciones en las que se produce:

•ATP a partir de la luz solar por fosforilación oxidativa

•Se realiza la fijación de CO2 para originar compuestos orgánicos y posteriormente material celular

Proceso biológico encargado de generar las formas reducidas de carbono (donadoras de electrones) que servirán de alimento para los organismos heterótrofos

)( 2222 OCHOOHCO Luz +→+

FOTÓTROFOS

FOTOAUTÓTROFOSC = CO2

FOTOHETERÓTROFOSC= ORGÁNICO

FOTOSÍNTESIS

Fotosíntesis

Fase luminosa : la energía de la luz se transforma en energía química (ATP)

Fase obscura : Reducción del CO2 a compuestos orgánicos

FOTÓTROFOS:

La fototrofía es el uso de la luz como fuente de ene rgía es decir losMICROORGANISMOS FOTÓTROFOS convierten la energía luminosa en energía química.

Entre los organismos que realizan esta conversión es tán: Procariontes como: cianobacterias , las bacterias púrpuras y verdes del azufre y Arche as y eucariontes como las algas y las plantas

Fase luminosa

FOTOSÍNTESIS

Fase obscura

FOTOSÍNTESIS OXIGÉNICA

Produce ATP utilizando luz

Produce NADPH utilizando luz

Produce Oxígeno

FOTOSÍNTESIS ANOXIGÉNICA

Produce ATP utilizando luz

Produce NADPH utilizando como donadores de electrones: H2S,S0,Fe 2+ , H2

NO Produce Oxígeno


Donador de electrones: H 2O

Ejemplos: Cianobacterias, algas


Donadores de electrones: H 2S,S2O32- , S0,Fe2+

Ejemplos: Bacterias rojas y verdes del azufre, Archeas

LUZ Y ENERGÍA

La luz visible es un tipo de radiación electromagnética, cuya energía (fotón) es utilizada para excitar un electrón de los pigmentos fotosintéticos.

Cuando el electrón regresa a su estado basal libera un cuanto de energía que es utilizado en la biosíntesis de ATP

Los pigmentos fotosintéticos y los demás componentes del aparato captador de luz se encuentran en sistemas especiales de membrana llamadas membranas fotosintéticas.

En eucariotes estos sistemas se encuentran organizados dentro del cloroplasto.

En procariotes , los pigmentos fotosintéticos estan integrados en sistemas de membrana internas que se forman por invaginación (bacterias rojas); sobre la membrana en sí ( heliobacterias), tanto en la

ESTRUCTURAS INVOLUCRADAS EN LA FOTOSÍNTESIS

(bacterias rojas); sobre la membrana en sí ( heliobacterias), tanto en la membrana como en estructuras especializadas rodeadas de membrana llamadas clorosomas (bacterias verdes) ó en membranas tilacoides (cianobacterias).


CLOROPLASTOS

Rhodobacter capsulatus, presenta invaginaciones en forma de vesículas: clorosomas

ESTRUCTURAS FOTOSINTÉTICAS

Bacteria roja, presenta invaginaciones apiladas: tilacoides


CLOROSOMAS : Estructuras especializadas rodeadas de membrana no unitarias (Bacterias verdes, Choroflexus)

CENTROS DE REACCIÓN: Complejos que contienen clorofila ó bacterioclorofila y otros componentes en los que se llevan a cabo las reacciones iniciales de transferencia se llevan a cabo las reacciones iniciales de transferencia de electrones de la fotosíntesis

Clorosomas de una célula de Pelodyctium clathratiforme , bacteria roja del azufre.

Clorosoma


Modelo de clorosoma

Bacterioclorofila antena

Centro de reacción

Captadoras de luz (carotenoides)

Dentro de las membranas fotosintéticas las moléculas de clorofila ó bacterioclorofila se asocian con otras proteínas( 50 a 300) formando complejos, donde en los centros de reacción se lleva a cabo propiamente la conversión


propiamente la conversión de energía luminosa en forma de ATP. Estos centros aparecen rodeados por otras moléculas más numerosas que actúan como captadoras de luz ó antenas.

MOLÉCULAS INVOLUCRADAS EN LA FOTOSÍNTESIS

Pigmentos primarios: Clorofilas

Pigmentos secundarios:PIGMENTOS

Pigmentos secundarios:Carotenoides: Carotenos

Xantofilas

Biliproteinas: FicocianinaFicoeritrina

PIGMENTOS FOTOSINTÉTICOS

Las cianobacterias, las plantas ylas algas eucarióticas tienenclorofila como pigmentofotosintético.

Las bacterias púrpuras y verdestienen bacterioclorofila comopigmento

MOLÉCULAS INVOLUCRADAS EN LA FOTOSÍNTESIS

CLOROFILAS

pigmento

La clorofila absorbe luz en 2regiones del espectro, unaalrededor de 450nm y la otra 650 -750nm; las bacterioclorofilasabsorben además de 800-1000nmen la región roja del espectro

Otros pigmentos secundario son los carotenoides y las ficobilinas las cuales trasfieren luz a las clorofilas

Clorofila : Porfirina, que contiene Magnesio en el centro de su anillo tetrapirrólico.

MOLÉCULASAS INVOLUCRADAS EN LA FOTOSÍNTESIS

Máximo absorción a 430 y 680 nm

Ejemplos: Cianobacterias,algas

Diferentes tipos de Clorofila en bacterias:

Bacterioclorofilas

Diferentes tipos de Clorofila

Ejemplos: Bacterias rojas y verdes del azufre

Los carotenoides se encuentran en todos los organismos fotótrofos, insertadas en la membrana y aunque no participan directamente en las reacciones de fotofosforilación pueden transferir energía a los centros de reacción. Estos pigmentos son los responsables de los colores rojo, rosa,verde, marrón ó amarillo de los fotótrofos anoxigénicos

Beta caroteno

Las ficobilinas son proteínas presentes en las cianobacterias y algas rojas, absorben luz y la transfieren a los centros de reacción.

Ficobilisomas

Synechocistis (Cianobacteria)

En fotótrofos el proceso de síntesis de ATP median te luz comprende un transporte de electrones a través de una secuenc ia de transportadores de electrones dispuestos en las mem branas fotosintéticas formando series que van desde aquell os que muestran un potencial de reducción electronegativo a los que tienen un potencial electropositivo .

Centro de reacción: Polipéptidos L,M,H

Complejo del centro

fotoquímico: fotoquímico:

Bacterioclorofila a ,

Bacteriofeofitina,Quinona

y Carotenoides.

Componente captador de luz I

Componente captador de luz II

Complejo del citocromo bc 1

Aparato fotosintético de bacterias rojas


Rojo: Bacterioclorofila

Amarillo obscuro: Quinonas

Azul: Bacteriofeofitina

Centro de reacción de bacterias rojas

Centro de reacción de bacterias rojas

Proteínas del centro de reacción:Azul, rojo, verde

Bacterioclorofilas accesorias:Amarillo

Produce ATP utilizando luz (Fotofosforilación oxidativa)

Produce NADPH utilizando como donadores de electrones: H2S,S0,Fe 2+ , H2

NO Produce Oxígeno

Cíclica


El centro de reacción P870, se excita por el fotón de la luz y aumenta su potencial,este electrón reduce una molécula de bacteriofeofitina la cual reduce a varias quinonas intermedias y finalmente ala quinona de depósito, (esta reacciones son de billonésimas de segundo), desde la quinona los electrones se transportan en la membrana a través de una serie de ferro-sulfoproteínas y citocromos volviéndo al centro de reacción.

La generación de ATP es el resultado de la formación de un


La generación de ATP es el resultado de la formación de un gradiente electroquímico de protones ó fuerza protón-motríz generada por la salida de protones durante el transporte de electrones y la actividad de ATPasas acopladas que desaparecen este gradiente mediante la formación de ATP.La serie de reacciones se completa cuando el citocromo c2 dona un par de electrones a las bacterioclorofilas volviendo estas a su estado original de potencial.Este método de producir ATP se llama Fotofosforilación oxidativa cíclica

BACTERIAS ROJAS DEL AZUFRE

•Utilizan H2S y tiosulfatos como donador de electrones

•Fotosíntesis anoxigénica

•Viven en zonas anóxicas bien iluminadas de lagos meromícticos y otros hábitat acuáticos

Ejs. Ectothiorhodospira,Haloshodospira

Ectothiorhodospira mobilis

Chromatium okenii Thiospirillum jenense

BACTERIAS ROJAS DEL AZUFRE

Thiopedia rosea

Chromatium okenii Thiospirillum jenense

BACTERIAS ROJAS DEL

AZUFRE

Thiopedia roseopersicina

Chromatium (Bacilos)

Thiocystis (Cocos)

Amoebobacter purpureus

BACTERIAS VERDES DEL AZUFRE

Fotosíntesis anoxigénicaInmóvilesAnaerobios estrictosUtilizan el H2S como aceptor de electrones oxidándolo hasta S 0

y luego a sulfatosEl S0 permanece en el exterior de las células

Chlorobium

de las célulasSu autotrofía no depende del Ciclo de Calvin sino del ciclo reverso del ácido cítrico.

Ciclo inverso del ácido cítrico en Chlorobium

Algunas bacterias como Chlorobium , fijan el CO2 a través de un vía distinta al ciclo de Calvin, llamada el ciclo inverso del ácido cítrico.


Produce ATP utilizando luz (Fotofosforilación oxidativa)

Produce NADPH utilizando luz

Produce Oxígeno

No cíclica

FOTOSÍNTESIS ANOXIGÉNICA EN FOTÓTROFOS OXIGÉNICOS

Oscillatoria limnetica

(Cianobacteria)

Bajo ciertas condiciones,muchas algas y algunas cianobacterias son capaces de efectuar fotofosforilación cíclica, usando solo el Fotosistema I y obteniendo el poder reductor de fuentes distintas al agua

• Realizan un proceso de fotosíntesis similar a las pl antas llamado fotosíntesis oxigénica , es decir además de la conv ersión energética, producen Oxígeno .

• Los géneros característicos de este grupo son: Synechococcus, Oscillatoria, Nostoc, Gleotheca, Dermocarpha,Fische rella y Anabaena.

• Utilizan una sola clorofila para transformar la ener gía luminosa en

CIANOBACTERIAS

• Utilizan una sola clorofila para transformar la ener gía luminosa en química: la clorofila a y contienen otros pigmentos llamados ficobilinas.

• Su pared celular es semejante a las de las Gram + y presentan péptidoglucano.

• Presentan vesículas de gas en su interior para pode r flotar en los ambientes acuáticos, forman heterocistos y poseen una gran diversidad morfológica

Gloeotheca Dermocarpa

CIANOBACTERIAS

Gloeotheca

FischerellaAnabaena

OscillatoriaDermocarpa

PROCARIOTES FOTÓTROFOS

Fosíntesis anoxigénica Oxigénica

Bacterias Púrpuras VerdesAzul-Verdes

No del azufre Del azufreNo del Azufre

Del AzufreAnaerobios obligados(Géneros)

Cianobacterias(Géneros)

Chloroflexus ChlorobiumProsthecochlorisPelodictyon

GleotheceDermocarpaAnabaena

RhodospirillumRhodopseudomonasRhodobacterRhodocyclusRhodomicrobiumHeliobacterium

ThiospirillumChromatiumThiocapsaAmoebacterThiopediaEctothiorhodospira

PelodictyonChlorochromatiumChoroherpetonAncalochoris

AnabaenaOscillatoriaFisherella

FIJACIÓN DEL CARBONO

Ciclo de Calvin

Enzimas clave: RubisCo (Ribulosa bifosfato carboxilasa)

Fosforribuloquinasa

CARBOXISOMAS

Inclusiones poliédricas,rodeadas de membrana,que contienen cristales de la enzima RubisCo

a b c d

a,b.Halothiobacillus neapolitanus

b.Synechocystis sp.

c. Salmonella enterica (pdu)

Heterocistos: Encargados de la

fijación autotrófica del nitrógeno en AnabaenaAnabaena

FOTOAUTÓTROFOS

FOTOHETERÓTROFOS

FASE LUMINOSA

Fotosíntesis

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