Iván Ferrer Rodríguez, Ph.D. Catedrático

Transcripción

1 Iván Ferrer Rodríguez, Ph.D. Catedrático Fotosíntesis Capítulo 10, Reece, Urry, Cain, Wasserman, Minorsky, Jackson, 2009 Campbell Biology 9 th Edition

2 Fotosíntesis Los organismos adquieren los compuestos orgánicos que usan para generar energía por dos vías: nutrición autotrófica y heterotrófica. 1) Autótrofos (trofo = alimento y auto = propio) - hacen su propio alimento, NO viven comiéndose o descomponiendo otros organismos. Hacen sus moléculas orgánicas a partir de moléculas inorgánicas que obtienen del ambiente. En este sentido, a los autótrofos se les considera productores. Ejemplo: Plantas Usan CO 2, H 2 O, minerales del suelo y luz solar para producir sus alimentos. 2

3 Fotosíntesis Específicamente las plantas son foto-autótrofos. Figura 10.1 Utilizan la luz como fuente de energía para sintetizar sus moléculas orgánicas. Las plantas son fotosintéticas, igual que las algas multicelulares, algunos protistas unicelulares y algunas bacterias: Purple sulfur bacteria Cyanobacteria 3

4 Fotosíntesis También hay organismos quimioautótrofos. Son organismos que producen sus propios compuestos sin la ayuda de luz solar. Obtienen energía de la oxidación de sustancias inorgánicas como azufre y amonio. 4 Ejemplos: bacterias que se encuentran en hábitats marinos profundos.

5 Fotosíntesis Los organismos adquieren los compuestos orgánicos que usan para generar energía por dos vías: nutrición autotrófica y heterotrófica. 2) Heterótrofos (hetero = otro) - son los organismos que obtienen su material orgánico a partir de los productores. Es este sentido los heterótrofos son consumidores. Ejemplos: herbívoros y carnívoros. Algunos heterótrofos se alimentan de organismos muertos, como cadáveres, heces fecales y hojas en el suelo. A éstos se les conoce como descomponedores. Ejemplos: hongos y bacterias. 5

6 Fotosíntesis El suplido de combustibles fósiles (hidrocarburos) representa los representa los restos de organismos que murieron millones de años atrás. Esto representan energía solar almacenada del pasado distante. 6

7 Fotosíntesis Respiración celular Fotosíntesis Es una reacción redox. Es una reacción redox. Libera energía a partir del rompimiento de azúcar. Se consume energía en la síntesis de azúcar. Se sintetiza ATP. Se consumen ATP. 7 Se forma agua como un producto lateral. Organelos: Citosol y mitocondria. Se rompe agua. Organelos: Closoplastos.

8 Fotosíntesis Respiración celular Fotosíntesis 8 C 6 H 12 O 6 + 6O 2 6CO 2 + 6H 2 O + energía (ATP + calor). Reacción exergónica porque se liberan 686 kcal/mol glucosa. Participa NAD + como aceptador de electrones. Ambos procesos ocurren en las plantas. Reacción completa: 6CO H 2 O + energía (luz solar) C 6 H 12 O 6 + 6O 2 + 6H 2 O Reacción neta: 6CO 2 + 6H 2 O + energía (luz solar) C 6 H 12 O 6 + 6O 2 Reacción endergónica porque se absorben 686 kcal/mol glucosa. Participa NADP + como aceptador de electrones.

9 Fotosíntesis Las plantas son organismos fotosintéticas, igual que las algas, algunos protistas y algunas bacterias. La fotosíntesis es un proceso mediante el cual las plantas capturan la energía presente en la luz solar y la convierten en energía química, que es almacenada en forma de azúcares y otros compuestos. 9

10 Fotosíntesis La fotosíntesis ocurre en los cloroplastos. Todas las partes verdes de las plantes tiene cloroplastos, pero los cloroplastos son más comunes en las hojas. Los cloropastos tienen un pigmento verde llamado clorofila, que es lo que le da el color a la hoja. 10

11 Descripción de la hoja Los cloroplastos se encuentran principalmente las células del mesófilo, el tejido en el interior de la hoja. Figura 10.3 Estomata - poros microscópicos por donde entra el CO 2 y sale el O Venas - vasos por donde el agua que es absorbida por las raíces es distribuida a las hojas y las azúcares son exportadas a las raíces y otras partes de la planta.

12 Descripción del cloroplasto Una célula mesofílica típica tiene cloroplastos. Figura 10.3 Hay 1/2 millón cloroplastos/mm 2 de hoja. 12

13 Descripción del cloroplasto Cada cloroplastos mide ~2-4 x 4-7 mm. Figura 10.3 Tiene doble membrana. Hay un fluido denso dentro del cloroplasto llamado estroma. Suspendido en el estroma hay un sistema de membranas interconectadas llamadas tilacoides, son como unos mini-organelos. 13

14 Descripción del cloroplasto Los tilacoides pueden estar agrupados en columnas llamadas grana. Figura 10.4 La clorofila esta dentro de los tilacoides. La clorofila es el pigmento verde que absorbe la luz solar que se utiliza durante el proceso de fotosíntesis. 14

15 Trayectoria de los átomos en fotosíntesis Figura 10.5 La fotosíntesis se conoce desde 1800s, aunque hay pasos que no se conocen por completo. Es una reacción redox. Reacción completa: 6CO H 2 O + energía (luz solar) C 6 H 12 O 6 + 6O 2 + 6H 2 O Reacción neta: 6CO 2 + 6H 2 O + energía (luz solar) C 6 H 12 O 6 + 6O 2 15

16 Etapas de fotosíntesis: un adelanto La fotosíntesis se divide en dos partes: Figura ) Reacciones de luz - en esta etapa se convierte la energía solar en energía química. 2) Ciclo de Calvin comienza con la incorporación de CO 2 (a partir del aire) en moléculas orgánicas presentes en el cloroplasto. 16

17 Etapas de fotosíntesis: un adelanto La fotosíntesis se divide en dos partes: Figura ) Reacciones de luz - en esta etapa se convierte la energía solar en energía química. Ocurre en la membrana de las tilacoides o en las granas. Esta reacción comienza cuando la luz es absorbida por la clorofila. 17

18 Etapas de fotosíntesis: un adelanto La fotosíntesis se divide en dos partes: Figura ) Reacciones de luz - en esta etapa se convierte la energía solar en energía química. Se rompe agua electrones y se generan electrones y protones. Se genera oxígeno como un producto lateral. 18

19 Etapas de fotosíntesis: un adelanto Esto provoca la transferencia de electrones (reducción) y protones desde el agua hasta NADP + (fosfato de dinucleótido de nicotinamida adenina). Figura 10.6 NADP + es familia de NAD +, pero tiene un fosfato adicional; NAD +, es un aceptador de electrones en respiración celular. NADP + se reduce a NADPH. 19 NADP + es un aceptador de electrones, pero trabaja en fotosíntesis.

20 Etapas de fotosíntesis: un adelanto Figura 10.6 Se produce ATP a partir de ADP mediante una fosforilación. No hay producción de azúcares, esto ocurre en el ciclo de Calvin. 20

21 Etapas de fotosíntesis: un adelanto Reacción de luz: luz 12H 2 O + 12NADP ADP + 18 P i 6O NADPH + 18ATP clorofila 21

22 Etapas de fotosíntesis: un adelanto La fotosíntesis se divide en dos partes: 2) Ciclo de Calvin Melvin Calvin comenzó a elucidar los pasos en los años Estas reacciones del ciclo de Calvin ocurren en el estroma. El ciclo comienza con la incorporación de CO 2 (a partir del aire) en moléculas orgánicas presentes en el cloroplasto. Esta incorporación de CO 2 se le llama fijación de Carbono. Este carbono fijado se reduce a un azúcar mediante la adición de electrones. 22

23 Etapas de fotosíntesis: un adelanto 2) Ciclo de Calvin El poder reductor viene del NADPH que se formó en las reacciones de luz. Esta reducción requiere del uso de ATP, que se formó en reacciones de luz. En el ciclo de Calvin se producen las azúcares. Las reacciones que ocurren en Calvin se llaman reacciones independientes de luz o reacciones de oscuridad. 23 En la mayoría de las plantas Calvin ocurre durante día.

24 Resumen de fotosíntesis Los cloroplastos son como una fábrica química cuya fuente de energía es la luz solar. Reacción completa: 6CO H 2 O + energía (luz solar) C 6 H 12 O 6 + 6O 2 + 6H 2 O En los tilacoides se transforma la luz solar en energía química contenida en el ATP y NADPH. 24

25 Espectro electromagnético La luz es una forma de energía conocida como energía electromagnética o radiación electromagnética. Espectro electromagnético El espectro electromagnético es el conjunto completo de todas las radiaciones. La luz visible (luz solar) que se utiliza durante la fotosíntesis es una pequeña porción del espectro electromagnético. 25 Todas las radiaciones del espectro electromagnético viajan en forma de ondas rítmicas.

26 Espectro electromagnético La longitud de onda (wavelength = l) es la distancia entre dos crestas. Ondas La luz visible es una mezcla de diferentes colores (o diferentes l). En el espectro de luz visible las longitudes de onda (l) varían entre nm. Éstas son las más importantes para la vida. 26

27 Espectro electromagnético Esta mezcla de diferentes colores se puede separar usando un prisma, que es un instrumento separa los colores a base de sus longitud de onda. Prisma 27

28 Pigmentos fotosintéticos Cuando la luz se encuentra con la materia, la luz puede ser reflejada, transmitida o absorbida. Espectro electromagnético Las sustancias que absorben luz se llaman pigmentos. Diferentes pigmentos absorben luz a diferentes longitudes de onda y el color de la longitud de onda absorbido desaparece. 28

29 Pigmentos fotosintéticos Cuando un pigmentos es iluminado con luz blanca, el color que vemos es el color que es reflejado o transmitido por el pigmento. Por ejemplo, si iluminamos una hoja con luz visible, la clorofila absorbe el rojo y el azul (ambos desaparecen) y transmite y refleja el color verde. Si un pigmento absorbe todos los colores se ve negro. Si un pigmento transmite o refleja todos los colores se ve blanco. 29

30 Pigmentos fotosintéticos Diferentes pigmentos absorben luz a varias longitudes de onda, esto se puede medir usando un espectrofotómetro: Clorofila A = azul verdoso Clorofila B = amarillo verdoso Carotenoides = amarillo y anaranjado Figura Importante: sólo la clorofila A participa directamente en las reacciones de luz, que convierten la energía solar en luz química.

31 Pigmentos fotosintéticos Otros pigmentos (clorofila B, carotenoides) en la membrana del tilacoide pueden absorber luz y transmitir la energía a la clorofila a, la cual inicia las reacciones de luz. En la fotosíntesis participan dos tipos de unidades fotosintéticas llamadas fotosistema I y fotosistema II. 31

32 32 Resumen