Fotosintesis Prof. Nerybelle Perez-Rosas 2011

Transcripción

1 Fotosintesis Prof. Nerybelle Perez-Rosas 2011

2 CIRCULACIÓN GENERAL DE LA ENERGÍA EN LOS SERES VIVOS ENERGÍA DEL SOL Fotosintesis: es el proceso que una planta usa para fabricar su alimento y crecer. NECESIDAD DE AGUA Y CO 2 FOTOSÍNTESIS PRODUCCIÓN DE OXIGENO Y GLUCOSA LIBERACIÓN DE AGUA Y CO 2 RESPIRACIÓN CELULAR NECESIDAD DE OXÍGENO Y GLUCOSA ENERGÍA DISPONIBLE PARA LAS FUNCIONES CELULARES

3 Se necesitan cuatro cosas para la fotosíntesis: LUZ SOLAR Proporciona energía a la planta CLOROFILA AGUA Viaja de las raíces a las hojas La parte verde donde las reacciones químcias se realizan BIÓXIDO DE CARBONO Entra en la hoja por los pequeños agujeros en la parte posterior.

4 Cuatro factores afectan la fotosíntesis: 1. Luz si hay más luz, la fotosíntesis ocurre más rápidamente 2. Agua si no hay suficiente agua, la fotosíntesis va más lenta. 3. Temperatura - la mejor temperatura es cerca de 30 0 C cualquier cosa arriba de 40 0 C hará la fotosíntesis caer. 4. CO 2 si hay más bióxido de carbono la fotosíntesis se realizará más rápido.

5 ESQUEMA GENERAL DE LA FOTOSINTESIS H 2 O CO 2 LUZ CLOROPLASTO NADP ADP REACCIONES LUMÍNICAS CICLO DE CALVIN ATP NADPH O 2 CH 2 O (MONOSACÁRIDO)

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8 FASE OSCURA - CICLO DE CALVIN FASE LUMINICA 3 x CO 2 FLUJO DE ELECTRONES NO CÍCLICO Fotosistema II e- e- Cadena de transporte electrónico Fotosistema I e- e- H 2 O NADP + + H + H + NADPH + H+ 3 x ADP P 3 x ribulosa 1,5 bifosfato P FIJACIÓN DEL CO 2 P 6 x 3-fosfoglicerato 6 X ATP O 2 + e- H + H + Fotón ADP + Pi ATP e- Fotón 3 x ATP REGENERACIÓN DEL RECEPTOR DEL CO 2 REDUCCIÓN P P 6 x ADP FLUJO DE ELECTRONES CÍCLICO Fotosistema I e- e- Cadena de transporte electrónico ADP + Pi 5 x gliceraldehido 3-fosfato P 6 x 1,3-bifosfoglicerato 6 x NADPH + H+ P 6 x NADP ATP 6 x gliceraldehido 3-fosfato 6 x Pi e- Fotón 1 x gliceraldehido 3-fosfato P GLUCOSA Y OTROS COMPUESTOS ORGÁNICOS

9 Fotosintesis: La energia de toda la vida en la Tierra proviene de la fotosintesis 6CO H 2 O C 6 H 12 O 6 + 6H 2 O + 6O 2 Fotosintesis ocurre en: Cyanobacteria 7 grupos de algas Todas las plantas terrestres. Se divide en: Reacciones dependientes de luz - captura la energia del sol - produce ATP y reduce NADP + a NADPH Reacciones de fijacion de carbono - usa ATP y NADPH para sintetizar moleculas organicas a partir de CO 2 9

10 Fotosintesis ocurre en los cloroplastos. Membrana Tilacoidea membrana interna arreglada en sacos planos - contiene clorofila y otros pigmentos grana estibas de membranas tilacoideas estroma sustancia semiliquida que rodea las membranas tilacoideas 10

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12 Descubrimiento de la Fotosintesis El trabajo e investigaciones de muchos cientificos tuvieron como resultado el descubrimiento de la Fotosintesis. Ej. Jan Baptista van Helmont ( ) Joseph Priestly ( ) Jan Ingen-Housz ( ) F. F. Blackman ( ) En los 1930 s C. B. van Niel propuso: CO 2 +H 2 A + energia luminica CH 2 O + H 2 O + 2A - donde H 2 A es el donante de e- - Van Niel identifico al agua como la fuente de O 2 producido en la fotosintesis. 12

13 Pigmentos: moleculas que absorben luz visible foton: particula de luz - actua como un has de E - la energia contenida en un foton es inversamente proporcional al largo de la onda de la luz. Efecto fotoelectrico: remocion de un e- de una molecula causado por luz - ocurre cuando los fotones transfieren energia a electrones Cada pigmento tiene un espectro de absorcion caracteristico (rango y eficiencia del cual el foton es capaz de absorber luz. clorofila a pigmento primario en plantas y cianobacterias (absorbe luz azul violeta y roja) clorofila b pigmento secundario que absorbe largos de onda que Clorofila a no puede absorber. 13

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15 Pigmentos accesorios: pigmentos secundarios que absorben largos de onda que no absorbe clorofila a. 1. aumenta los largos de onda utiles para la fotosintesis 2. incluyen: clorofila b, carotenoides, ficobiloproteinas 3. los carotenoides tambien actuan como antioxidantes 15

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17 Fotosistemas: Consisten de: 1. Complejo antena compuesto de cientos de moleculas de pigmentos accesorios 2. Centro de Reaccion de una o mas moleculas de clorofila La energia de los e- es transferida a traves del complejo antena hasta el centro de reaccion. En el centro de Rx, la energia proveniente del complejo antena es transferida a la clorofila a. Esta energia causa que un electron de la clorofila se exite. El e- excitado es transferido de la clorofila a hasta un aceptador de e-. El agua dona un e- a clorofila a para remplazar el e- excitado. 17

18 Reacciones Dependientes de Luz: Las reacciones dependientes de la luz ocurren en 4 etapas: 1. Evento primario un foton de luz es capturado por una molecula de pigmento 2. Separacion de carga la E es transferida al centro de reaccion; un electron excitado es transferido a una molecula receptora 3. Transporte de electrones los electrones se mueven por una serie de cargadores para disminuir NADP + 4. quimiosmosis produce ATP 18

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20 Reacciones dependientes de Luz En los cloroplastos se utilizan los 2 fotosistemas en la fotofosforilizacion no ciclica 1. fotosistema I - centro de reaccion del pigmento (P 700 ) cuya absorcion pico es a 700nm 2. fotosistema II - centro de reaccion del pigmento (P 680 ) cuya absorcion pico es a 680nm El fotosistema II actua primero: - Pigmentos accesorios envian E hacia el centro de reaccion P Los e- excitados de P 680 son transferidos a b 6 -f complex (serie de portadores de e- que estan incrustados en la membrana tilacoidea y los p+ seran bombeados al espacio tilacoideo para formar un gradiente de p+) - e- perdidos del P 680 son remplazados por e- provenientes del agua 20

21 Reacciones dependientes de Luz Fotosistema I: - recibe energia del complejo antena - La energia es enviada al centro de reaccion P El e- excitado es transferido a un portador de electrones rodeado de membrana - Los e- son usados para reducir NADP + to NADPH - Los e- perdidos del P 700 son remplazados del b 6 -f complex ATP se produce via quimiosmosis. - ATP sintasa entra a la membrana tilacoidea - Los protones se acumulan en el espacio tilacoideo - Los protones se mueven al estroma utilizando ATP sintasa - Se produce ATP de ADP + P i 21

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23 Reacciones de Fijacion de Carbono Para sintetizar carbohidratos la celula necesita: 1. energia - ATP proveniente de rx dependientes de luz 2. Potencial de reduccion - NADPH del fotosistema I Ciclo de Calvin: - Ciclo de pasos bioquimicos que permiten la fijacion del carbono - Ocurre en el estroma - usa ATP y NADPH como fuente de energia - incorpora CO 2 a moleculas organicas 23

24 Reacciones de Fijacion de Carbono Fijacion de carbono es la incorporacion de CO 2 a moleculas organicas - Ocurre en el primer paso de ciclo de Calvin La reaccion es catalizada por rubisco. Calvin tiene 3 pasos: 1. Fijacion del carbono RuBP + CO 2 2 molecules PGA 2. reduccion PGA es reducido a G3P 3. Regeneracion de RuBP: G3P es usado para regenerar RuBP 24

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26 Reacciones Fijacion de Carbono Glucosa no es un producto directo del ciclo de Calvin. - 2 moleculas de G3P abandonan el ciclo - cada G3P contiene 3 carbonos - 2 G3P son utilizados para producir 1 glucosa en reacciones en el citoplasma Durante el Ciclo de Calvin se necesita energia que sera suplida por: - 18 ATP moleculas - 12 NADPH moleculas El ciclo de energia sera: - fotosintesis usa los productos de la respiracion como sustratos - respiracion usa los productos de la fotosintesis como sustratos 26

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28 Fotorespiracion Rubisco posee 2 actividades enzimaticas: 1. carboxilacion adicion de CO 2 a RuBP -favorecida bajo condiciones normales 2. fotorespiracion es la oxidacion de RuBP al anadir O 2 -favorecido en condiciones calientes CO 2 y O 2 compiten por los sitios activos de RuBP. Algunas plantas pueden evadir la fotorespiracion utilizando otra enzima que no sea rubisco, utilizan: PEP carboxilasa - CO 2 se anade a fosfoenolpiruvato (PEP) - un compuesto de 4 carbonos se produce - CO 2 es liberado posteriormente de este compuesto de 4-carbonos y usado por rubisco en el ciclo de Calvin 28

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31 Fotorespiracion: C 4 plantas -usan PEP carboxilasa para capturar CO 2 - CO 2 se anade a PEP en celulas del mesofilo - El compuesto de 4 carbonos resultante es movido a una celula donde CO 2 es liberado y utilizado en el ciclo de Calvin. Plantas CAM = Metabolismo del ácido crasuláceo. Ej. cactus. Las plantas CAM se caracterizan por regular la apertura y cierre de sus estomas, se abren en la noche y se cierran en el día. Esto les proporciona a las plantas un eficiente mecanismo para reducir al máximo la pérdida de agua que ocurre mientras el estoma está abierto. Es idéntico al que presentan las plantas C4. En las plantas CAM la fijación y acumulación del CO2 ocurre de noche, durante el día el malato transfiere el carbono fijado al ciclo de calvin. 31

32 Vía fotosintética C4 Ejemplo: Caña de azúcar, maíz, trigo. La vía C4 es un complemento de la vía C3. El CO2 se une al oxaloacetato, molécula de 4 carbonos. El CO2 formado en la vía C4 se utiliza para que las plantas C3 realicen el ciclo de Calvin. 32

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