fototsintesis

LE 10-10CH3CHO

in chlorophyll ain chlorophyll b

Porphyrin ring:light-absorbinghead of molecule; note magnesium atom at center

Hydrocarbon tail:interacts with hydrophobicregions of proteins insidethylakoid membranes of chloroplasts; H atoms not shown

Excitacin de la Clorofila por la Luz

Cuando un pigmento absorve luz algunos de sus electrones pasan de un estado basal (orbital de menor energa) a un estado exitado (orbital de mayor energa), el cul es inestable

Cuando los electrones retornan al estado basal,

Copyright 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings

Cuando los electrones retornan al estado basal, son emitidos fotones (de menor energia, mayor longitud de onda que la luz absorbida) produciendo luz (fluorescencia en el caso de la clorofila), y calor

Cuando una solucin de clorofila es iluminada esta produce luz fluorecente y calor

LE 10-11

Excitedstate

Heat

e

Photon(fluorescence)

GroundstateChlorophyllmolecule

Photon

Excitation of isolated chlorophyll molecule Fluorescence

Fotosistema: Un Centro de Reaccin Asociado con Complejos Colectores de Luz

Un fotosistema consite en un centro de reaccin rodeado de complejos colectores de luz

Los complejos colectores de luz (molculas de pigmentos asociadas a protenas) dirigen la


de pigmentos asociadas a protenas) dirigen la energa de los fotones al centro de reaccin

El aceptor primario de electrones en el centro de reaccin acepta un electronexitado de la clorofila a

La transferencia de un electrn, impulsada por la luz solar, desde una molcula de clorofila a


la luz solar, desde una molcula de clorofila aal aceptor primario de electrones es el primer paso de las reacciones lumnicas

LE 10-12

Thylakoid

Photon

Light-harvestingcomplexes

Photosystem

Reactioncenter

STROMA

Primary electronacceptor

e

T

h

y

l

a

k

o

i

d

m

e

m

b

r

a

n

e

e

Transferof energy

Specialchlorophyll amolecules

Pigmentmolecules

THYLAKOID SPACE(INTERIOR OF THYLAKOID)

T

h

y

l

a

k

o

i

d

m

e

m

b

r

a

n

e

Existen 2 tipos de fotosistemas en la membrana tilacoide

El fotositema II funciona primero (los nmeros reflejan el orden de descubrimiento) y es mejor en la absorcin de longitud de onda de 680 nm


la absorcin de longitud de onda de 680 nm El fotosistema I es mejor en la absorcin de

longitud de onda de 700 nm Los 2 fotosistemas trabajan juntos utilizando

energa lumnica para generar ATP y NADPH

Flujo No Cclico de Electrones

Durante las reacciones lumnicas hay 2 posibles rutas del flujo de electrones; no cclico y cclico

En el flujo no cclico de electrones, que es la ruta principal, estn involucrados ambos fotosistemas y hay produccin de ATP y NADPH


fotosistemas y hay produccin de ATP y NADPH

LE 10-13_1

e

Primaryacceptor

[CH2O] (sugar)

NADPH

ATP

ADP

CALVINCYCLELIGHTREACTIONS

NADP+

Light

H2O CO2

O2

LightP680

Photosystem II(PS II)

E

n

e

r

g

y

o

f

e

l

e

c

t

r

o

n

s

LE 10-13_2

e

Primaryacceptor

[CH2O] (sugar)

NADPH

ATP

ADP


NADP+

Light

H2O CO2

O2

2 H+H2O

LightP680


E

n

e

r

g

y

o

f

e

l

e

c

t

r

o

n

s

e

e

+

2 H

O21/2

LE 10-13_3

e

Primaryacceptor

[CH2O] (sugar)

NADPH

ATP

ADP


NADP+

Light

H2O CO2

O2

2 H+H2O

Pq

Cytochromecomplex

LightP680


E

n

e

r

g

y

o

f

e

l

e

c

t

r

o

n

s

e

e

+

2 H

O21/2complex

Pc

ATP

LE 10-13_4

e

Primaryacceptor

[CH2O] (sugar)

NADPH

ATP

ADP


NADP+

Light

H2O CO2

O2

2 H+H2O

Pq

Cytochromecomplex

e

Primaryacceptor

LightP680


E

n

e

r

g

y

o

f

e

l

e

c

t

r

o

n

s

e

e

+

2 H

O21/2complex

Pc

ATP

P700

Photosystem I(PS I)

Light

LE 10-13_5

e

Primaryacceptor

[CH2O] (sugar)

NADPH

ATP

ADPCALVINCYCLELIGHTREACTIONS

NADP+

Light

H2O CO2

O2

2 H+H2O

Pq

Cytochromecomplex

e

Primaryacceptor

ee

NADP+

Fd

NADP++ 2 H+

LightP680


E

n

e

r

g

y

o

f

e

l

e

c

t

r

o

n

s

e

e

+

2 H

O21/2complex

Pc

ATP

P700

Photosystem I(PS I)

NADP+reductase

NADPH+ H+

+ 2 H+

Light

LE 10-14

ATP

e

e

ee

e

e

NADPH

Photosystem II

Millmakes

ATP

e

Photosystem I

Flujo Cclico de Electrones

El flujo cclico de electrones utiliza solo el fotosistema I y produce solo ATP

El flujo cclico de electrones produce un exceso de ATP, satisfaciendo la alta demanda en el Ciclo de Calvin


de Calvin

LE 10-15

Fd

Cytochromecomplex

Pq

Primaryacceptor

Fd

NADP+reductase

NADP+

NADPH

Primaryacceptor

Photosystem IPhotosystem II ATP

Pc

Una comparacin de la Quimismosis en los Clotoplastos y las Mitocondrias

Los cloroplastos y las mitocondrias generan ATP por quimismosis, pero utilizan distintas fuentes de energa

Las mitocondrias transfieren energa qumica del alimento al ATP; los cloroplastos


del alimento al ATP; los cloroplastos transforman energa lumnica en energa qumica del ATP

La organizacin espacial de la quimismosis difiere en los cloroplastos y las mitocondrias

LE 10-16

MITOCHONDRIONSTRUCTURE

Intermembrane

Mitochondrion Chloroplast

CHLOROPLASTSTRUCTURE

ThylakoidH+ Diffusion

Intermembranespace

MembraneElectrontransport

chain

Thylakoidspace

Stroma

ATP

Matrix

ATPsynthase

Key

ADP + PH+

i

Higher [H+]Lower [H+]

El modelo actul de la membrana tilacoide esta basado en estudios de diferentes laboratorios

El agua es rota por el fotosistema II en la cara de la membrana que da al espacio tilacoidal


tilacoidal La difusin de H+ de vuelta desde el espacio

tilacoidal al estroma impulsa a la ATP sintetasa

El ATP y el NADPH son producidos en la cara de la membrana que da al estroma, el lugar donde se lleva a cabo el Ciclo de Calvin

LE 10-17

STROMA(Low H+ concentration)

Light

Photosystem II Cytochromecomplex

2 H+Light

Photosystem INADP+

reductaseFd

PcPq

NADP+ + 2H+

+ H+NADPH

[CH2O] (sugar)O2

NADPH

ATP

ADPNADP+

CO2H2O

LIGHTREACTIONS

CALVINCYCLE

Light

PcPq

H2O O2+2 H+

1/22 H+

ToCalvincycle

THYLAKOID SPACE(High H+ concentration)

STROMA(Low H+ concentration)

Thylakoidmembrane ATP

synthase

ATPADP

+

PH+

i

El Ciclo de Calvin utiliza ATP y NADPH para convertir CO2 en Azcar

El Ciclo de Calvin, como el ciclo del cido ctrico, regenera sus compuestos

El Ciclo de Calvin sintetiza azcar a partir de CO2 utilizando ATP y el poder reductor de los electrones transportados por el NADPH


El C entra en el ciclo como CO2 y lo abandona como azcar, el gliceraldehido-3-fosfato (G3P)

Para la sntesis neta de una molcula de G3P el ciclo debe ocurrir 3 veces, fijando 3 molculas de CO2

El Ciclo de Calvin tiene 3 fases:

Fijacin de Carbono (catalizada por la rubisco)

Reduccin


Regeneracin del aceptor del CO2 (RuBP)

LE 10-18_1

[CH2O] (sugar)O2

NADPH

ATP

ADPNADP+

CO2H2O

LIGHTREACTIONS

CALVINCYCLE

LightInput

3CO2

(Entering oneat a time)

Rubisco

3 P

Phase 1: Carbon fixation

[CH2O] (sugar)3 P PShort-lived

intermediate6 P

3-Phosphoglycerate6 ATP

6 ADP

CALVINCYCLE

3 P PRibulose bisphosphate

(RuBP)

LE 10-18_2

[CH2O] (sugar)O2

NADPH

ATP

ADPNADP+

CO2H2O

LIGHTREACTIONS

CALVINCYCLE

Light Input

CO2(Entering one

at a time)

Rubisco

3 P PShort-lived

intermediate


6 P3-Phosphoglycerate

6 ATP

6 ADP

CALVINCYCLE

3

P PRibulose bisphosphate

(RuBP)

3

CYCLE

6 NADP+6

6 NADPH

P i

6 P1,3-Bisphosphoglycerate

P

6 PGlyceraldehyde-3-phosphate

(G3P)

P1G3P

(a sugar)Output

Phase 2:Reduction

Glucose andother organiccompounds

LE 10-18_3

[CH2O] (sugar)O2

NADPH

ATP

ADPNADP+

CO2H2O

LIGHTREACTIONS

CALVINCYCLE

Light Input

CO2(Entering one

at a time)

Rubisco

3 P PShort-lived

intermediate


6 P3-Phosphoglycerate

6 ATP

6 ADP

CALVINCYCLE

3

P PRibulose bisphosphate

(RuBP)

3

3 ADPCYCLE

6 NADP+6

6 NADPH

P i

6 P1,3-Bisphosphoglycerate

P

6 PGlyceraldehyde-3-phosphate

(G3P)

P1G3P

(a sugar)Output

Phase 2:Reduction

Glucose andother organiccompounds

3 ATP

Phase 3:Regeneration ofthe CO2 acceptor(RuBP) P5

G3P

Mecanismos Alternativos de Fijacin de Carbono han Evolucionado en Climas Clidos y Secos

La deshidratacin es un problema para las plantas, requiriendo algunas veces compromisos con otros procesos metablicos, especialmente con la fotosntesis

En das clidos y secos las plantas cierran sus estomas, lo cul conserva el agua pero tambin


estomas, lo cul conserva el agua pero tambin limita la fotosntesis

El cerrado de los estomas reduce el acceso al CO2 y causa un aumento del O2

Estas condiciones favorecen un proceso inproductivo denominado fotorrespiracin

Fotorrespiracin: una Reliquia Evolutiva

En la mayora de las plantas (plantas C3), la fijacin inicil de CO2, via rubisco, forma un compuesto de 3 C (gliceraldehido-3-fosfato, G3P)

En la fotorrespiracin la rubisco adiciona O2 al Ciclo de Calvin en lugar de CO2


Ciclo de Calvin en lugar de CO2 La fotorespiracin consume O2 y compuestos

orgnicos (intermediarios del Ciclo de Calvin), y libera CO2 sin producir ATP o azcar (G3P)

Se cree que la fotorrespiracin es una reliquia evolutiva, debido a que la rubisco inicialmente evolucion en un tiempo en que la atmsfera tenia mucho menos O2 y ms CO2

En muchas plantas (C3) la fotorespiracin es un


En muchas plantas (C3) la fotorespiracin es un problema debido a que en das clidos y secos puede perder tanto como el 50% del C fijado por el Ciclo de Calvin

Plantas C4

Las plantas C4 minimizan el costo de la fotorrespiracin mediante la incorporacin inicil del CO2 en un compuesto de 4 C en las clulas del mesfilo (oxalacetato), que luego pasa a malato)


Este compuesto de 4 C (malato) es exportado a las clulas de la vaina, donde libera CO2, el cul es fijado en el Ciclo de Calvin

LE 10-19

Photosyntheticcells of C4 plantleaf

Mesophyll cell

Bundle-sheathcell

Vein(vascular tissue)

C4 leaf anatomy

StomaBundle-sheath

Pyruvate (3 C)CO2

PEP (3 C)

ATP

ADP

Malate (4 C)

Oxaloacetate (4 C)

The C4 pathway

CO2PEP carboxylaseMesophyllcell

Stoma sheathcell

CO2

Sugar

Vasculartissue

CALVINCYCLE

Plantas CAM

Las plantas CAM abren sus estomas durante la noche, incorporando CO2 en cidos orgnicos (oxalacetato), que luego pasa a malato y es almacenado en vacuola

Los estomas se cierran durante el da, y el CO2 es


Los estomas se cierran durante el da, y el CO2 es liberado a partir del malato y utilizado en el Ciclo de Calvin

LE 10-20

C

Sugarcane Pineapple

CAM

Bundle-sheathcell

Mesophyllcell Organic acid

C4CO2

CO2

CALVINCYCLE

Organic acidsrelease CO2 toCalvin cycle

CO2 incorporatedinto four-carbonorganic acids(carbon fixation)

Organic acid

CAMCO2

CO2

CALVINCYCLE

Sugar

Spatial separation of steps Temporal separation of steps

Sugar

Day

Night

La Importancia de la Fotosntesis: una Revisin

La energa que ingresa en los cloroplastos en forma de luz solar se almacena como energa qumica en compuestos orgnicos (G3P)

El azzar (G3P) producido en los cloroplastos suministra a la clula energa qumica y esqueletos carbonados, para sintetizar las


esqueletos carbonados, para sintetizar las distintas molculas orgnicas de estas

En adicin a la producin de alimentos, la fotosntesis produce el oxgeno de la atmsfera terrestre

LE 10-21

Light

CO2H2O

Light reactions Calvin cycle

NADP+

RuBPPhotosystem II

Electron transport

ADP+ P i

3-Phosphoglycerate

G3PATP

Electron transportchain

Photosystem I

O2

Chloroplast

NADPHStarch(storage)

Amino acidsFatty acids

Sucrose (export)

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