Fotosíntesis : Flujo de energía
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- María Carmen Molina Coronel
- hace 6 años
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1 Fotosíntesis
2 Fotosíntesis : Flujo de energía Transformación de la energía solar Fotosíntesis es responsable de la producción de toda la materia orgánica que conocemos. Light energy ECOSYSTEM CO 2 + H 2 O Photosynthesis in chloroplasts Cellular respiration in mitochondria Organic molecules + O x toneladas/año de materia orgánica seca, 60% formada en la tierra. ATP powers most cellular work Heat energy
3 Fotosíntesis: Organismos Autotróficos = capaces de elaborar moléculas orgánicas a partir de CO 2 y materias primas inorgánicas. Productores Fotoautotróficos: plantas, algas y algunas bacterias Organismos con la capacidad única de absorber energía lumínica y convertirla en energía química almacenada en las moléculas orgánicas. Proceso de fotosíntesis.
4 Fotosíntesis: Fotoautotróficos
5 Fotosíntesis: Organismos Heterotróficos = no pueden producir su propio alimento. Se alimentan de los compuestos producidos por otros organismos. Consumidores y descomponedores
6 Fotosíntesis: Fotosíntesis 6 H 2 O + 6CO 2 C 6 H 12 O 6 + 6O 2 G = +686 kcal/mol Respiración celular C 6 H 12 O 6 + 6O 2 6CO H 2 O G = -686 kcal/mol
7 Fotosíntesis: Fotosíntesis 6 H 2 O + 6CO 2 C 6 H 12 O 6 + 6O 2 G = +686 kcal/mol Reactantes: 6 CO 2 12 H 2 O Productos: C 6 H 12 O 6 6 H 2 O 6 O 2
8 Fotosíntesis: Donde ocurre? Mesophyll Leaf cross section Vein En las plantas fotosíntesis ocurre en los cloroplastos. Stomata CO 2 O 2 Chloroplast Mesophyll cell 5 µm
9 Fotosíntesis: Donde ocurre? Estroma Grana Tilakoide Espacio tilakoidal Cloroplastos Membrana Externa Espacio Intermembranal Membrana Interna Rodeado por doble membrana separadas por un espacio intermembranal. Sistema interno de membranas en forma de sacos aplanados llamados tilacoides donde se encuentra la clorofila. El fluido viscoso que rodea los tilacoides se conoce con el nombre de estroma. 1 µm
10 Fotosíntesis: Como ocurre? Reacciones de luz (Transducción de energía) Ocurre en los tilacoides. Se convierte la energía lumínica en energía química NADPH poder reductor (electrones energizados ) ATP - energía Ciclo de Calvin (reacciones independientes de luz, Fijacion de Carbono) Ocurre en el estroma. Incorporar CO 2 del aire en moléculas orgánicas = Fijación de carbono. Reducción del carbono fijado hasta convertirlo en carbohidrato.
11 Fotosíntesis: H 2 O CO 2 Light Light Reactions NADP + ADP + P ATP i Calvin Cycle NADPH Chloroplast Fig O 2 [CH 2 O] (sugar)
12 Fotosíntesis: Luz 10 5 nm 10 3 nm 1 nm 10 3 nm 10 6 nm 1 m (10 9 nm) 10 3 m Gamma rays X-rays UV Infrared Microwaves Radio waves Visible light nm Shorter wavelength Higher energy Longer wavelength Lower energy
13 Fotosíntesis: Luz Luz = energía o radiación electromagnética. Tiene comportamiento de onda y de partícula. La luz está compuesta de partículas de energía conocidas como fotones La energía de un fotón es inversamente proporcional al largo de onda Luz blanca, es la parte visible del espectro electromagnético, consiste de un # de largos de onda.
14 Fotosíntesis: Luz-Pigmentos La luz puede ser reflejada, transmitida o absorbida por la materia Cloroplasto Luz Luz reflejada Pigmento = sustancia que absorbe luz. Algunos absorben todos los largos de onda y por eso se ven negros. Luz Absorbida Grana Otros absorben sólo algunos largos de ondas y reflejan el color que no absorben Color del pigmento esta dado por la longitud de onda no absorbida (reflejada) Luz Transmitida La energía en forma de luz que emite el sol es capturada por pigmentos en las membranas tilacoidales de los cloroplastos.
15 Fotosíntesis: Luz-Pigmentos Las membranas tilacoidales tienen varios tipos de pigmentos. Patrón de absorción de luz de un pigmento Clorofila es el pigmento principal La clorofila absorbe mayormente los largos de onda violeta, rojo y azul. Las hojas se ven verdes porque se refleja la mayor parte de la luz verde que llega a ellas.
16 Energy of electron Fotosíntesis: Luz-Pigmentos Si un pigmento absorbe luz pueden ocurrir una de estas tres cosas: Excited state Heat La energía se disipa como calor. La energía se emite inmediatamente como una de longitud de onda más larga, fenómeno conocido como fluorescencia. La energía puede dar lugar a una reacción química como en la fotosíntesis. (a) Photon Chlorophyll molecule Photon (fluorescence) Ground state Excitation of isolated chlorophyll Light Light Reactions: Photosystem II Electron transport chain Photosystem I Electron transport chain Chloroplast H 2 O O 2 NADP + ADP + P i ATP NADPH (b) Fluorescence CO 2 RuBP 3-Phosphoglycerate Calvin Cycle G3P Starch (storage) Sucrose (export)
17 Fotosíntesis: Fotosistemas CH 3 in chlorophyll a CHO in chlorophyll b Porphyrin ring: light-absorbing head of molecule; note magnesium atom at center Clorofila, pigmentos accesorios y otras proteínas están organizadas formando fotosistemas. Fotosistema = complejo antena clorofila a, clorofila b y carotenoides. Centro de reacción clorofila a y el aceptador primario de electrones. Hydrocarbon tail: interacts with hydrophobic regions of proteins inside thylakoid membranes of chloroplasts; H atoms not shown
18 Thylakoid membrane Fotosíntesis: Fotosistemas Photon Light-harvesting complexes Photosystem Reaction-center complex STROMA Primary electron acceptor Fotosistema = complejo antena clorofila a, clorofila b y carotenoides. Centro de reacción clorofila a y el aceptador primario de electrones. Transfer of energy Special pair of chlorophyll a molecules Pigment molecules THYLAKOID SPACE (INTERIOR OF THYLAKOID)
19 Fotosíntesis: Fotosistemas Los pigmentos accesorios actúan como antena, conduciendo la energía que absorben hacia el centro de reacción. Una molécula de clorofila en el centro de reacción puede transferir su excitación a un aceptador primario de electrones como energía útil en reacciones de biosíntesis.
20 Fotosíntesis: Reacciones de luz 2 H + H 2 O / 2 O 2 Primary acceptor 2 P680 Pq 4 Cytochrome complex 5 Pc Primary acceptor P700 Fd e 7 Light 8 NADP + reductase NADP + + H + NADPH 1 Light 6 ATP Photosystem II (PS II) Pigment molecules Photosystem I (PS I) Fig
21 Fotosíntesis: Reacciones de luz H 2 O CO 2 Light Light Reactions NADP + ADP + P ATP i Calvin Cycle NADPH Chloroplast Fig O 2 [CH 2 O] (sugar) Transforma la energía de la luz en energía química. Sus productos: NADPH (capacidad de reducción) y ATP (energía) son utilizados en el ciclo de Calvin para poder sintetizar azúcares.
22 Fotosíntesis: Reacciones de luz-flujo no cíclico 2 H + H 2 O / 2 O 2 Primary acceptor 2 P680 Pq 4 Cytochrome complex 5 Pc Primary acceptor P700 Fd e 7 Light 8 NADP + reductase NADP + + H + NADPH 1 Light 6 ATP Photosystem II (PS II) Pigment molecules Photosystem I (PS I) Fig
23 Fotosíntesis: Reacciones de luz-flujo no cíclico ATP NADPH Mill makes ATP Photosystem II Fig Photosystem I
24 Fotosíntesis: Reacciones de luz-flujo no cíclico Fotólisis rompimiento de agua (se genera O 2 ) Agua Fotosistema II Fotosistema I NADP + 4 fotones PSII + 4 Fotones PSI + 2 H 2 O + 6H + (estroma) + 2NADP + 8H + (lumen) + O 2 +2NADPH
25 Fotosíntesis: Reacciones de luz-flujo cíclico Primary acceptor Fd Primary acceptor Fd Pq Cytochrome complex NADP + reductase NADP + + H + NADPH Pc Photosystem II ATP Photosystem I Involucra unicamente al fotosistema I. Solamente produce ATP. Refleja la necesidades de la célula con respecto a ATP, NADPH y carbohidrato.
26 Fotosíntesis: Reacciones de luz-flujo no cíclico 2 H + H 2 O / 2 O 2 Primary acceptor 2 P680 Pq 4 Cytochrome complex 5 Pc Primary acceptor P700 Fd e 7 Light 8 NADP + reductase NADP + + H + NADPH 1 Light 6 ATP Photosystem II (PS II) Pigment molecules Photosystem I (PS I) Fig
27 Fotosíntesis: Reacciones de luz-flujo no cíclico 3H + (lumen) + ADP + Pi 3H + (estroma) + ATP STROMA (low H + concentration) Photosystem II Light 4 H + Cytochrome Photosystem I complex Light Fd NADP + reductase 3 NADP + + H + Pq NADPH H 2 O THYLAKOID SPACE (high H + concentration) 1 1 / 2 O 2 +2 H H + Pc To Calvin Cycle STROMA (low H + concentration) Thylakoid membrane ATP synthase ADP + P i H + ATP
28 Fotosíntesis: Quimiosmosis Mitochondrion Chloroplast MITOCHONDRION STRUCTURE Intermembrane space Inner membrane Electron transport chain H + Diffusion CHLOROPLAST STRUCTURE Thylakoid space Thylakoid membrane Key Higher [H + ] Lower [H + ] Matrix Fig ATP synthase ADP + P i H + ATP Stroma
29 Fotosíntesis: Quimiosmosis-Cloroplastos
30 Fotosíntesis: Quimiosmosis- Motocondria
31 Fotosíntesis: Ciclo de Calvin- Fijación de Carbono Ciclo de Calvin 12 NADPH + 18 ATP + 6CO 2 C 6 H 12 O NADP+ +18 ADP +18 P i + 6H 2 O
32 Fotosíntesis: Ciclo de Calvin- Fijación de Carbono Input 3 (Entering one CO at a time) 2 Phase 1: Carbon fixation Rubisco 3 P P Short-lived intermediate 3 P P 6 P Ribulose bisphosphate 3-Phosphoglycerate (RuBP) 6 6 ADP ATP 3 ATP 3 ADP Calvin Cycle 6 P P 1,3-Bisphosphoglycerate Phase 3: Regeneration of the CO 2 acceptor (RuBP) 5 P G3P 6 P Glyceraldehyde-3-phosphate (G3P) 6 NADPH 6 NADP + 6 P i Phase 2: Reduction Output 1 P G3P (a sugar) Glucose and other organic compounds
33 Fotosíntesis: Ciclo de Calvin- Fijación de Carbono 3 CO 2 Carbon fixation 3 5C 6 3C Regeneration of CO 2 acceptor 5 3C Calvin Cycle Reduction 1 G3P (3C)
34 Fotosíntesis: Respiración Celular
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