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Bio 111
2009
• Luz se transforma en energía química(compuesto orgánico)
• Ocurre en el cloroplasto
• Requiere pigmentos fotosintéticos
• Plantas, algas, bacterias fotosintéticas
• CO2 se convierte en carbohidrato
luz
6 CO2 + 12H2O ---> C6H12O6 +6O2 +6H2O
clorofila
Figure 7-1 Biology: Life on Earth 8/e ©2008 Pearson Prentice Hall, Inc.
photosynthesis
cellularrespiration
(mitochondrion)
O2ATP sugar CO2H2O
(chloroplast)
Luz◦Compuesta de fotones
Luz visible es una porciónpequeña del espectroelectromagnético◦ La energía viaja en ondas◦Onda corta más energía que ondalarga
Fotosíntesis es un procesoredox◦ Se captura la energía solar y se transforma en carbohidrato◦Hidrógenos del agua reducen el carbono◦Oxígeno del agua se oxida
TV andradiowaves
Micro-waves
Infrared
Visible
UV
X-rays
Gammarays
Colorspectrumof visiblelight
Red
Orange
Yellow
Green
Blue
Violet
760 nm
700 nm
600 nm
500 nm
400 nm
380 nm
One wavelength
Longer wavelength
Electromagneticspectrum Shorter wavelength
100µm
(a)
Wavelength of light (nm)
(b)
Cloroplastos◦Organelos rodeados de doblemembrana◦ Lugar de fotosíntesis◦ Localizados principalmente en el mesófilo de la hoja
Palisademesophyll
Vein
Spongy mesophyll
Stoma(a)
Figure 7-2d Biology: Life on Earth 8/e ©2008 Pearson Prentice Hall, Inc.
Chloroplast
channelinterconnectingthylakoids
stroma
thylakoid
outer membrane
inner membrane
10µm(b)
Thylakoids Outer membrane
Innermembrane
Intermembranespace
Thylakoidmembrane
Stroma Granum(stack ofthylakoids)
Thylakoidlumen(c)
Clorofila◦ Pigmento fotosintético -principal◦Clorofila a, clorofila b, carotenoides, se encuentran en las membranastilacoides de los cloroplastos
Fotosistemas I y II◦Dos tipos de unidades fotosintéticas◦Cada fotosistema incluye Moléculas de clorofila Complejos de antenas
◦ Centro de reacción del Fotosistema I P700 pico de absorción en 700 nm
◦ Centro de reacción Fotosistema II P680 pico de reabsorción en 680 nm
Primaryelectronacceptor
Photon
Photosystem
Chloroplast
Thylakoid
Antennacomplexes
Reactioncenter
e–
Esti
mat
ed a
bso
rpti
on
(%
)
Wavelength (nm)
Chlorophyll b
Chlorophyll a(a)
Rel
ativ
e ra
te o
f p
ho
tosy
nth
esis
Wavelength (nm)
(b)
Figure 7-5 Biology: Life on Earth 8/e ©2008 Pearson Prentice Hall, Inc.
chlorophyll b
Wavelength (nanometers)
Micro-
wavesGamma rays X-rays UV Infrared
Radio
waves
Visible light
higher energy(too much)
lower energy(not enough)
light absorp
tion
(perc
ent)
Absorbance of photosynthetic pigments
chlorophyll a
carotenoids
Fases de fotosíntesis◦Dependiente de luz tilacoides Los electrones energizados por la luz se
convierten en ATP
◦ Fijación de carbono estroma Compuestos productos de la fase
dependiente se requieren para la formación de carbohidrato
Figure 7-4 Biology: Life on Earth 8/e ©2008 Pearson Prentice Hall, Inc.
CO2
LIGHT-DEPENDENTREACTIONS(in thylakoids)
LIGHT-INDEPENDENTREACTIONS(in stroma)
DEPLETEDCARRIERS
(ADP, NADP+)
ENERGIZEDCARRIERS
(ATP, NADPH)
H2O
glucose
O2
Figure 7-11 Biology: Life on Earth 8/e ©2008 Pearson Prentice Hall, Inc.
O2
energy fromsunlight
chloroplast
Light-independentreactions(C3 cycle) occurin stroma.
Light-dependentreactions areassociated withthylakoids.
CO2
NADP+
sugar
NADPH
ADP
ATP
H2O
La luz es absorbida por la clorofila
Clorofila excitada-nivel energético alto
Libera electrones altos en energía, se ioniza, queda con carga positiva-Fotoionización
Electrones pasan cadena transporte
Se degradan energéticamente cíclica
no cíclica
La clorofila se neutraliza
Transporte de electronescíclica◦ Electrones del fotosistema I regresanal fotosistema I◦ Se genera ATP por quimiosmosis◦No NADPH, no O2
Light-dependent reactions Carbon fixation reactions
ATP
ADP
NADPH
NADP+
Lightreactions
Calvincycle
H2O O2CO2
Carbohydrates
Chloroplast
Light-dependent reactions(in thylakoids)
Carbon fixation reactions(in stroma)
ATP
ADP
NADPH
NADP+
Lightreactions
Calvincycle
H2O O2CO2
Carbohydrates
Chloroplast
Transporte de electrones no cíclica◦ Se forma ATP y NADPH◦ Electrones energizados por luz son aceptados por NADP+
◦Una serie de reacciones redox◦ Electrones que provienen de P680 son reemplazados por los queprovienen del H2O◦Ocurre fotolisis
H2O -- ½ O2 + 2H+ 2e_
Oxi
dat
ion
-re
du
ctio
n p
ote
nti
al (
volt
s) (
rela
tive
en
ergy
leve
l)
Primaryelectronacceptor
Primaryelectronacceptor
NADPHNADP+
H2O
ATP
O2
ADP
1
2
Photosystem II(P680)
Productionof ATP bychemiosmosis
H+
Ferredoxin
Plastiquinone
Cytochromecomplex
Plastocyanin
1/2 + 2 H+
Pi
A0
A1
FeSx
FeSB
FeSA
Photosystem I(P700)
(from medium)
Electrontransportchain
Electrontransportchain
2e-
2 e
Figure 7-8 (part 2) Biology: Life on Earth 8/e ©2008 Pearson Prentice Hall, Inc.
C3
cycle
PSII PSIETC
stroma
ETC
thylakoid space
Energy fromenergizedelectrons powersNADPH synthesis.
Flow of H+ downconcentration gradientpowers ATP synthesis.
Energy from energizedelectrons powers activetransport of H+ by ETC.
High H+ concentrationgenerated by activetransport.
H+ channel coupledto ATP-synthesizingenzyme.
Energy-carriermolecules powerthe C3 cycle.
Síntesis de ATP y transporte de electrones◦ Electrones se mueven en cadena de electrones◦ Protones (H+) se mueven de la estroma hacia el lumen del tilacoide, creando un gradiente de protones
Figure E7-2 (part 2) Biology: Life on Earth 8/e ©2008 Pearson Prentice Hall, Inc.
stroma
thylakoidmembrane
photosystem II
2e–
ATPADP
P
Active transport
of hydrogen ions.
High H+ concentration
in thylakoid space.
H+ ion channel coupled
to ATP synthesizing
enzyme.
Flow of H+ powers
ATP synthesis.
ATP se utilizan en estroma
NADPH se utiliza en estroma
O2 se libera al aire
Stroma
Thylakoid lumen
Thylakoid membrane Photons (H+)
Light-dependent reactions Carbon fixation reactions
ATP
ADP
NADPH
NADP+
Lightreactions
Calvincycle
H2O O2CO2
Carbohydrates
Chloroplast
Fijación del Carbono◦ Se forma carbohidrato a partir de CO2 , ATP, y NADPH
12 NADPH + 18 ATP + 6 CO2 →
C6H12O6 + 12 NADP + + 18 ADP + 18 Pi + 6 H2O
Fases del ciclo de Calvin
◦ capturar CO2
◦ reducción del carbono
◦ regeneración de RuBP
Figure 7-12a Biology: Life on Earth 8/e ©2008 Pearson Prentice Hall, Inc.
CO2
C3 plants use the C3 pathway
bundle-sheathcells
In a C3 plant, mesophyll cellscontain chloroplasts; bundle-sheath cells do not.
Much photorespirationoccurs under hot, dryconditions.
Little glucoseis synthesized.
rubisco
G3P
CO2
PGA
O2
RuBP
glucose
within mesophyll chloropaststoma
C3
Cycle
CO 2 molecules arecaptured by RuBP,resulting in an unstableintermediate that isimmediately brokenapart into 2 PGA
PGA is phosphorylatedby ATP and reduced byNADPH. Removal of aphosphate results information of G3P.
Through a series ofreactions G3P isrearranged into newRuBP molecules oranother sugar
Glucose and othercarbohydrate synthesis
2 moleculesof glyceraldehyde-3-phosphate (G3P)
6 molecules ofribulose bisphosphate(RuBP)
CALVINCYCLE
Carbonreductionphase
RuBPregenerationphase
CO2 uptakephase
12 NADPH
12 ADP
12 molecules ofphosphoglycerate(PGA)
12 ATP
6 molecules of CO2
10 moleculesof G3P
6 molecules of ribulosephosphate (RP)
ATP
6 ADP
P
P
P
P
P
P P
P
12 moleculesof glyceraldehyde-3-phosphate (G3P)
1
32
12 NADP+