Fotosintesis resumen

BIOLOGÍAFOTOSÍNTESIS

FINES DIDÁCTICOS EXCLUSIVAMENTE

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INTRODUCCIÓN

¨ AUTOTROFOS: organismos capaces de hacer moléculas orgánicas a partir de materiales inorgánicos

¨ FOTOAUTOTROFOS: organismos capaces, únicamente, de absorber y convertir la energía del sol en energía química y almacenarla en moléculas orgánicas, todo esto mediante la fotosíntesis

¨ Fotoautotrofos usan la energía del sol para hacer ATP y otras moléculas que temporalmente mantienen la energía pero son inestables y no se pueden almacenar en la célula





¨ Su energía dirige las rutas anabólicas en las cuales una célula fotosintética sintetiza moléculas orgánicas estables a partir de compuestos inorgánicos simples, CO2 y H2O

¨ HETERÓTROFOS: organismos que no pueden hacer sus propias moléculas orgánicas y las deben obtener de otros organismos

INTRODUCCIÓN





Espectro electromagnético

¨ La luz está compuesta de partículas que viajan como ondas

¨ La luz es una porción de un amplio espectro

¨ Todas las radiaciones del espectro viajan en ondas

¨ Longitud de onda es la distancia entre 1 pico y otro

¨ La porción entre 380 y 760 nm es el espectro visible porque puede ser visto por los humanos





¨ La luz esta compuesta de pequeñas partículas o paquetes de energía llamados fotones

¨ La energía de un fotón es inversamente proporcional a la λ¨ La radiación dentro del espectro visible excita ciertos tipos de

moléculas biológicas y mueve los e- a niveles de energía más altos

¨ Radiación con mayor λ de la visible, no tiene la energía suficiente para excitar a las moléculas biológicas

¨ Radiaciones con λ menores que la visible, tienen demasiada energía que rompería los enlaces de las moléculas







e- energizado deja el átomo y es aceptado por otra molécula, esto ocurre en la fotosíntesis

e- energizado regresa a su nivel energético inicial , su energía es disipada como calor como luz de una λmayor que la λ de la luz absorbida, proceso llamado FLUORESCENCIA





¨ La clorofila, pigmento verde esta confinado dentro de los cloroplastos

¨ Los cloroplastos se encuentran principalmente en las células del mesófilo, un tejido que esta dentro de la hoja

¨ Cada célula tiene de 20 a 100 cloroplastos

Fotosíntesis y cloroplastos





¨ Cloroplasto tiene una membrana externa y una interna

¨ La membrana interna engloba un espacio llamado estroma

¨ El estroma contiene enzimas requeridas para producir carbohidratos

¨ Suspendido en el estroma hay un sistema de membranas, unos sacos, llamados tilacoides

¨ Los tilacoides pueden arreglarse en sacos llamados granas






¨ La clorofila y otros pigmentos fotosintéticos se encuentran en la membrana de los tilacoides

¨ La membrana de los tilacoides así como la membrana mitocondrial interna están involucradas en la síntesis de ATP






¨ Las membranas de los tilacoides tienen varios pigmentos capaces de absorber luz visible

¨ La clorofila, principal pigmento de la fotosíntesis absorbe la luz entre la región azul y roja del espectro visible

¨ La luz verde no es absorbida por la clorofila

¨ Las plantas aparecen verdesporque la luz verde que choca sobre ella es reflejada

Pigmentos





¨ Tiene 2 partes: un anillo de porfirina (captura la energía) y una cadena hidrocarbonada (mantiene a la molécula en su lugar)

¨ El anillo es muy similar al grupo hemo de la hemoglobina

¨ La membrana de los tilacoides está llena con moléculas de clorofila en una orientación tal que permite transferir la energía de una molécula a otra

Clorofila - estructura





¨ Clorofila a: pigmento que inicia las reacciones dependientes de la luz. Tiene un grupo metilo –CH3. Es amarilla - verde

¨ Clorofila b: pigmento accesorio de la fotosíntesis . Tiene un grupo carbonilo –CHO. Es verde brillante

Clorofila - tipos





¨ Pigmento accesorio de la fotosíntesis, también se encuentra en los cloroplastos, son amarillos y naranjas

¨ La clorofila puede ser excitada por la luz directa o indirectamente (la energía pasa de un pigmento accesorio que ha sido excitado por la luz)

Carotenoides





¨ Espectro de absorción de la clorofila

Clorofila principal pigmento de la fotosíntesis





Clorofila principal pigmento de la fotosíntesis¨ Espectro de acción de fotosíntesis





Spirogyra fue expuesta a un espectro de color producido al hacer pasar una luz por un prisma

Clorofila principal pigmento de la fotosíntesis¨ Espectro de acción de fotosíntesis - determinación

Si la clorofila fuera responsable de la fotosíntesis, ésta debería llevarse a cabo más rápidamente en las áreas donde los cloroplastos fueron iluminados con la luz que absorbe la clorofila

Cómo medir la fotosíntesis??





¨ La fotosíntesis produce O2 y ciertas bacterias son atraídas por áreas de alta [O2]

¨ El espectro de acción de la fotosíntesis no es totalmente paralelo al espectro de absorción de la clorofila, pues hay otros pigmentos accesorios que pueden transferir la energía

Clorofila principal pigmento de la fotosíntesis¨ Espectro de acción de fotosíntesis - determinación





¨ Es la conversión de la energía lumínica en energía química

FOTOSÍNTESIS

6CO2 + 12H2O C6H12O6 + 6 O2 + 6H2OLuz

Clorofila

¨ Los átomos de hidrógeno son transferidos del H2O al CO2para formar carbohidratos (proceso redox)

6CO2 + 6H2O C6H12O6 + 6 O2 Luz

Clorofila

Reducción

Oxidación

¨ Con la transferencia de e- también se transfiere parte de la energía FINES DIDÁCTICOS EXCLUSIVAMENTE




1. Reacciones dependientes de la luz tienen lugar en los tilacoides

2. Reacciones de fijación de C (parte de síntesis), tienen lugar en el estroma

FOTOSÍNTESIS - partes





¨ Paso de la energía lumínica a energía química

12H2O + 12NAP+ + 18ADP + 18Pi 6O2 + 12NADPH + 18 ATPLuz

Clorofila

1. Reacciones dependientes de la luz

¨ Las moléculas de clorofila y los pigmentos accesorios que captan la luz están organizados en complejos antena





¨ Fotofosforilación no cíclica






¨ Fotofosforilación no cíclica

¨ Parte de la energía liberada es usada para bombear protones desde el estroma hacia el espacio interior de los tilacoides, se crea un gradiente de protones

¨ La energía de este gradiente de protones es usada para producir ATP desde ADP

¨ ATP y NAPH son liberados dentro del estroma






¨ Fotofosforilación cíclica

¨ Se genera ATP y no NADPH

¨ Solo esta involucrado el fotosistema I, los e-energizados que se originan en un centro de reacción del fotosistema I eventualmente regresan al fotosistema I






¨ Requieren ATP y NADPH para formar moléculas orgánicas a partir de CO2

2. Reacciones de fijación de C

12 NADPH + 18 ATP + 6 CO2 C6H12O6 + 12 NADP+ + 18 ADP + 18 Pi +

6H2O

Ciclo de Calvin (C3) para fijar C

¨ Ciclo de reacciones que ocurren en el estroma





¨ CO2 reacciona con RuBP (compuesto fosforilado de 5C). La reacción es catalizada por una carboxilasa >> rubisco

¨ Se obtiene un compuesto inestable de 6C, que se rompe en 2 moléculas de fosfoglicerato (PGA) de 3C (vía C3)

¨ El C parte del CO2 es ahora parte de un esqueleto carbonado, el C se ha fijado

Ciclo de Calvin (C3) para fijar C





¨ CO2 no es un gas abundante, representa el 0,03% de la atmósfera y para las plantas no es fácil obtenerlo

¨ El intercambio gaseoso puede ocurrir solamente a través de una superficie húmeda

¨ La superficie de las hojas y otras partes expuestas de las plantas esta cubierta de un capa a prueba de agua que impide la pérdida excesiva de vapor de agua

¨ La entrada y salida de gases esta limitada a pequeños poros llamados estomata, ubicados en el haz de las hojas

Captación de CO2





¨ Los estomata se abren y cierran en respuesta a factores medioambientales como contenido de agua e intensidad de luz

¨ En condiciones secas y calientes, los estomata se cierran para impedir la pérdida de agua y la provisión de CO2 se disminuye

¨ El CO2 esta menos disponible cuando hay máxima energía solar disponible para las reacciones dependientes de la luz

¨ Las plantas que viven en ambientes secos y calientes tienen adaptaciones que les permiten fijar CO2 a través de 1 de 2 vías que ayudan a minimizar la pérdida de agua

¨ Las rutas C4 y CAM preceden a la ruta C3

Captación de CO2





Plantas C4





¨ La ruta C4 es eficiente en la captura de CO2 e incrementa su concentración en las células de vaina

¨ La [CO2] en las células de vaina es 10 – 60 veces mayor que la concentración de las células del mesófilo de plantas que solamente tienen ruta C3

Plantas C4





¨ Al ruta combinada C3 – C4 involucra el gasto de 30 ATPs por hexosa en comparación con 18 ATPs en la ruta C3 sola

¨ El gasto extra de energía se debe a la alta intensidad de la luz, esto asegura una alta concentración de CO2 en las células de vaina y a su vez permite que la fotosíntesis se realice a una tasa más rápida

Plantas C4





¨ Plantas C4 no requieren que sus estomata estén muy abiertos, toleran altas temperaturas y altas intensidades de luz, pierden menos agua por transpiración, tienen tasas más altas de fotosíntesis y crecimiento que aquellas plantas que solo siguen la ruta C3

¨ Por ej. caña de azúcar, maíz¨ Si la intensidad de luz es abundante, el

rendimiento de las C4 es 2 a 3 veces más que las C3

¨ Cuando la luz es abundante, la fotosíntesis se ve limitada por la concentración de CO2, no así en las C4

Plantas C4





¨ Plantas que viven en ambientes muy secos tienen adaptaciones que les permiten sobrevivir

¨ Sus estomata se abren durante la noche y se cierran durante el día para evitar la pérdida de agua

¨ Esto es contrario a la mayoría de plantas que abren los estomata en el día y los cierran en la noche

¨ Estas plantas, durante el día, no pueden intercambiar gases para la fotosíntesis

¨ La ruta de fijación de CO2 es el crassulacean acid metabolism (CAM)

Plantas CAM





¨ Usan la enzima fosfoenolpiruvato (PEP) carboxilasa para fijar CO2 durante la noche y oxaloacetato el cual es convertido en malato y almacenado en las vacuolas de las células

¨ Durante el día el CO2 es removido del malato y entra en la ruta C3

¨ La ruta CAM no promueve el crecimiento rápido pero es una adaptación exitosa a condiciones xéricas, como desiertos

Plantas CAM





¨ Reduce la eficiencia fotosintética ¨ Muchas plantas C3 como soya, trigo, patatas no

rinden tantos carbohidratos como se esperaría¨ La reducción es significativa en días muy calientes

y secos, donde las plantas cierran sus estomata para conservar el agua

¨ Con los estomata cerrados, la fotosíntesis usa el CO2 remanente en la hoja y produce O2 que se acumula en los cloroplastos

¨ El O2 compite con el CO2 para unirse al sitio activo de la RuBP

Fotorespiración





¨ Cuando los niveles de O2 en el cloroplasto son elevados y los niveles de CO2 son bajos, la RuBP cataliza la reacción con O2

¨ Como consecuencia los intermedios del ciclo de Calvin son degradados a CO2 y H2O, proceso conocido como fotorespiración

¨ Fotorespiración ocurre en presencia de luz, requiere O2 y produce CO2y H2O

Fotorespiración





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Health & Medicine

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