Tipo de organismos que realizan fotosíntesis: Fotosíntesis oxigénica: Fotosíntesis anoxigénica:

Transcripción

1 FOTOSÍNTESIS Es la transformación de la energía luminosa en energía química y el uso de esta energía para la síntesis de compuestos orgánicos a partir de moléculas inorgánicas como CO 2 y H 2 O. Tipo de organismos que realizan fotosíntesis: Plantas, algas, bacterias fotosintéticas y diatomeas (componentes del fitoplancton). Fotosíntesis oxigénica: Proceso en el cual la síntesis de compuestos orgánicos se acompaña de la producción de oxígeno. Se presenta en plantas, algas y en algunos tipos de bacterias fotosintéticas. Fotosíntesis anoxigénica: Proceso en el cual la síntesis de compuestos orgánicos NO se acompaña de la producción de oxígeno. Se presenta en algunos tipos de bacterias.

2 FACTORES QUE REGULAN LA FOTOSÍNTESIS LUZ: Un elemento fundamental para que se lleve a cabo la fotosíntesis es la luz visible. La luz visible es una pequeña parte del espectro electromagnético de 400 a 750 nm.

3 FACTORES QUE REGULAN LA FOTOSÍNTESIS PIGMENTOS FOTOSINTÉTICOS: Son las substancias químicas encargadas de captar la energía de la luz, transportarla y convertirla en energía química. ficocianina β-caroteno

4 FACTORES QUE REGULAN LA FOTOSÍNTESIS Una característica fundamental de los pigmentos fotosintéticos es la presencia de múltiples dobles enlaces conjugados en su estructura. Lo anterior le confiere a la molécula la posibilidad de absorber energía. A mayor número de dobles enlaces conjugados, es menor la cantidad de energía necesaria para que la molécula sufra una transformación. Pigmentos antena: Estos pigmentos captan la energía de la luz y la transportan hasta un sitio específico llamado CENTRO DE REACCIÓN. Centro de reacción: Es el sitio específico en donde una molécula de clorofila utiliza la energía absorbida para desprender un electrón. Ésta es la etapa en la cual la energía lumínica se utiliza para una reacción química.

5 FACTORES QUE REGULAN LA FOTOSÍNTESIS H 2 O Y CO 2 : El agua y el bióxido de carbono son los substratos a partir de los cuales se sintetizan los carbohidratos en la fotosíntesis, de acuerdo con la siguiente ecuación general: 6 CO 2 6 H 2 O C 6 H 12 O 6 6O 2 Efecto de la temperatura sobre la fotosíntesis Las altas temperaturas provocan Disminución en la síntesis de clorofila Senescencia de las hojas Disminución de la actividad de la enzima Ribulosa bifosfato carboxilasa oxigenasa

6 Reacción simplificada de la síntesis de carbohidratos en la fotosíntesis CO 2 H 2 O C H 2 O O 2 G = 2,872 kj/mol NADPH NADP ATP ADP

7 Fase fotoquímica de la fotosíntesis NADP H NADPH 2H Estroma P700 Fe-S Fd P700 NADP FAD Reductasa P700* PC Membana tilacoidal Citocromo bf PQ PQH 2 QA QB CLO Pheo P680 P680 P680* H 2 O 2H 2H ½ O 2 Interior del Tilacoide

8 REACCIONES Y FENÓMENOS QUE OCURREN EN LA FOTOSÍNTESIS Captación de luz por los pigmentos fotosintéticos. Uso de la energía luminosa para una reacción química (desprendimiento de electrones de moléculas de clorofila en los fotosistemas P700 y P680). Los electrones liberados del fotosistema P700 reducen el NADP y producen NADPH. El NADPH reduce el CO 2 y produce (CH 2 O)n Los electrones liberados del fotosistema P680 regeneran las moléculas de clorofila, deficientes en electrones, del fotosistema P700. Fotólisis del H2O, que produce O 2, protones (H ) y electrones. Uso de los electrones de la fotólisis del H 2 O para regenerar las moléculas de clorofila, deficientes en electrones, del fotosistema P680. Bombeo de protones desde el estroma hacia el lumen tilacoidal por el mecanismo de la plastoquinona-plastoquinol. Acumulación de protones (H) en el lumen tilacoidal, procedentes del bombeo por el mecanismo plastoquinona-plastoquinol y de la fotólisis del agua. Síntesis de ATP aprovechando la energía del flujo de protones del lumen tilacoidal hacia el estroma. Uso del ATP generado para la síntesis de azúcares.

9 Fotofosforilación cíclica Estroma 2H ATP ADP Fe- S Fd NADP FAD Reductasa PQ ATPasa P700 PC Citocromo bf P700 P700* PQH 2 Interior del Tilacoide 2H H H H H H H

10 Ribulosa bifosfato 3 ADP 3 ATP H 2 C OH Ribulosa 5 fosfato 13 HC O 2 Ribosa 5 fosfato 1 CO 2 EC Ribulosa fosfato quinasa Ribosa fosfato isomerasa 2 H C OH H C OH 3-fosfoglicerato H 2 C OH Ribulosa 5 fosfato 12 Fosfopentosa epimerasa H 2 C OH HO CH Xilulosa 5 fosfato 6 ATP 6 ADP 3 Fosfoglicerato Quinasa O C O PO 3 H C OH 1, 3-bifosfo glicerato 6 NADPH 6 NADP CICLO DE CALVIN-BENSON Sedoheptulosa- 7.fosfato H 2 C OH C O Sedoheptulosa- HOC H bifosfatasa 10 4 Gliceraldehido fosfato Deshidrogenasa O C H H C OH H C OH Eritrosa 4-fosfato Sedoheptulosa- 1,7.bifosfato C O HOC H O C H H C OH Gliceraldehido 3 fosfato Síntesis de azúcares y polisacáridos Aldolasa Aldolasa Triosa fosfato isomerasa 9 5 CH 2 O PO 3 C O H 2 C OH Fosfato de dihidroxiacetona 6 HO C H Fructosa-1,6-bifosfato Fructosa bifosfatasa 8 Transcetolasa 7 H 2 C OH HO C H Fructosa-6-fosfato 11 Transcetolasa

11 VÍA C4 DE LA FOTOSÍNTESIS Surgió como una respuesta a la disminución de CO 2 en la atmósfera. Es una especie de mecanismo de concentración del CO 2, utilizando un conjunto de enzimas que previamente existían en las plantas, en especial, la fosfoenolpiruvato carboxilasa, que sirve para fijar el CO 2 y que tiene una alta afinidad por dicho substrato, siendo capaz de fijarlo aun a muy bajas concentraciones. CO 2 Oxalacetato C O CH 2 Fosfoenolpiruvato carboxilasa C O PO 3 CH 2 Fosfoenolpiruvato NADPH H NADP AMP PP i ATP Malato HO C H CH 2 C O CH 3 Piruvato Célula del Mesófilo Célula de la vaina HO C H CH 2 NADP NADPH H Enzima málico dependiente de NADP C O CH 3 CO 2 Ciclo de Calvin- Benson

12 Eficiencia en el uso del agua (g de CO 2 /kg agua) Frecuencia estomática (estomas/mm 2 ) C 3 C 4 CAM < Tasa de transpiración (g/g*s) Tasa de crecimiento relativo (g/g*día) Comparación de plantas C3, C4 y CAM Temp. Óptima ( C) >30 Carboxilación Sólo una 1ª : en las células del mesófilo 2ª : En las células de la vaina 1ª : En la noche, en las células del mesófilo 2ª : En el día, en las células del mesófilo

13 FOTORRESPIRACIÓN CLOROPLASTO PEROXISOMA MITOCONDRIA H 2 C - O-PO Fosfoglicolato Fosfoglicolato fosfatasa H 2 C - OH Glicolato Glicolato oxidasa H-C O Glioxilato Glicina transaminasa H- 2 C NH 3 Glicina NADH NAD Glicina descarboxilasa CO 2 NH 3 O 2 H2 O 2 H 2 C - O-PO 3 2- HO C H O C O 3-fosfoglicerato O 2 Rubisco H 2 C - O-PO 3 2- H 2 C - O-PO 3 2- CITOSOL COO CH 2 H C H H C - NH 3 COO Glutamato COO CH 2 H C H C O COO α-cetoglutarato H 4- Folato H 4- Folato-CH 2 Ribulosa bifosfato H 2 O NAD NADH H 2 C - O-PO 3 2- HO C H O C O 3-fosfoglicerato Glicerato quinasa ADP ATP H 2 C - OH HO C H O C O Glicerato Hidroxipiruvato reductasa H 2 C - OH C O O C O Hidroxipiruvato Serina transaminasa H 2 C - OH H-C - NH 3 O C O Serina Glicina hidroxi metiltransferasa H- 2 C NH 3 Glicina