FOTOSÍNTESIS · 2017-03-04 · El agua y el bióxido de carbono son los substratos a partir de los...
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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 CO2 y
H2O.
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.
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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.
FACTORES QUE REGULAN LA FOTOSÍNTESIS
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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
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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.
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.
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FACTORES QUE REGULAN LA FOTOSÍNTESIS
H2O Y CO2:
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 CO2 + 6 H2O → C6 H12 O6 + 6O2
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
Efecto de la temperatura sobre la fotosíntesis
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Reacción simplificada de la síntesis de
carbohidratos en la fotosíntesis
CO2 + H2O C H2 O + O2
NADPH NADP+ ATP ADP
∆G = 2,872 kJ/mol
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2e-
NADPH
P700
P700+
Fd
P700*
2e-
2e-
H2O
P680*
P680+
P680
2e- PC
Citocromo
bf
2e-
2e-
2H+
PQ
PQH2
+ ½ O2
H+ NADP+ +
Fe-S
NADP –FAD
Reductasa
Pheo QA
QB
2e- 2e-
Estroma
Interior del Tilacoide
2H+
2e-
CLO
2H+
2e-
Membana
tilacoidal
Fase fotoquímica de la fotosíntesis
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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 CO2 y produce (CH2O)n
Los electrones liberados del fotosistema P680 regeneran las moléculas de
clorofila, deficientes en electrones, del fotosistema P700.
Fotólisis del H2O, que produce O2, protones (H+) y electrones.
Uso de los electrones de la fotólisis del H2O 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.
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Fotofosforilación cíclica
2H+
2e-
P700
P700+
Fd
P700*
2e-
2e-
PC Citocromo
bf
2e- 2e-
PQH2
PQ
ADP ATP
ATPasa
Fe- S NADP –FAD
Reductasa
2H+ H+ H+
H+ H+
H+
H+
Estroma
Interior del
Tilacoide
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H2C―O―PO32―
І C═O І HC―OH І HC―OH І H2C―O―PO3
2―
―O―C═O І H―C―OH І H2C―O―PO3
2―
H2C―O―PO32―
І H―C―OH І ―O―C═O
+
Ribulosa bifosfato
3-fosfoglicerato
CO2
O ═ C―O―PO32―
І H―C―OH І H2C―O―PO3
2―
1, 3-bifosfo
glicerato
O ═ C―H І H―C―OH І H2C―O―PO3
2―
Gliceraldehido
3 fosfato
H2C―OH
І C═O І HC―OH І HC―OH І H2C―O―PO3
2―
Ribulosa 5 fosfato
3 ATP
3 ADP
CICLO DE CALVIN-BENSON
EC 4.1.1.39
Síntesis de azúcares
y polisacáridos
H2C―OH
І C═O І HC―OH І HC―OH І H2C―O―PO3
2―
CH2―O―PO32―
І C ═ O І H2C―OH
H2C―O―PO32―
І C═O І HO―C―H І HC―OH І HC―OH І H2C―O―PO3
2―
Fosfato de
dihidroxiacetona
Triosa fosfato
isomerasa
Aldolasa
Ribulosa 5 fosfato
HC ═O
І HC―OH І HC―OH І HC―OH І H2C―O―PO3
2
―
Ribulosa fosfato quinasa
H2C―OH
І C═O І HO―CH І HC―OH І H2C―O―PO3
2―
O ═ C―H І H―C―OH І H―C―OH І H2C―O―PO3
2―
Eritrosa 4-fosfato
Aldolasa
Ribosa fosfato isomerasa Fosfopentosa
epimerasa
Fructosa-1,6-bifosfato
Ribosa 5 fosfato Xilulosa 5 fosfato
6 ATP 6 ADP
6 NADPH 6 NADP+
H2C―OH
І C═O І HO―C―H І HC―OH І HC―OH І H2C―O―PO3
2―
Fructosa-6-fosfato
Fructosa
bifosfatasa
H2C―O―PO32―
І C ═O
І HOC―H
І HC―OH І HC―OH І HC―OH І H2C―O―PO3
2―
Sedoheptulosa-
bifosfatasa
Sedoheptulosa-
1,7.bifosfato H2C―OH І C ═O
І HOC―H
І HC―OH І HC―OH І HC―OH І H2C―O―PO3
2―
Sedoheptulosa-
7.fosfato
Transcetolasa
Transcetolasa
Fosfoglicerato Quinasa
Gliceraldehido fosfato
Deshidrogenasa
1
2
3 4 5
6
7
8
9 10
11
12 13
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VÍA C4 DE LA
FOTOSÍNTESIS
―O―C═O І C―O―PO3
2― ║ CH2
―O―C═O І C ═O І CH3
―O―C═O І C ═O І CH2 І ―O―C═O
―O―C═O І HO― C―H І CH2 І ―O―C═O
―O―C═O І C ═O І CH3
―O―C═O І HO― C―H І CH2 І ―O―C═O
ATP
AMP + PPi
NADPH + H
NADP+
CO2
CO2
Fosfoenolpiruvato Oxalacetato
Piruvato Malato
Ciclo de
Calvin-
Benson
Célula
del
Mesófilo
Célula de
la vaina
Fosfoenolpiruvato
carboxilasa
NADP+ NADPH + H
Enzima málico
dependiente de NADP
Surgió como una respuesta a la disminución de CO2 en la atmósfera.
Es una especie de mecanismo de concentración del CO2, utilizando un conjunto de enzimas que previamente
existían en las plantas, en especial, la fosfoenolpiruvato carboxilasa, que sirve para fijar el CO2 y que tiene una
alta afinidad por dicho substrato, siendo capaz de fijarlo aun a muy bajas concentraciones.
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C3 C4 CAM
Eficiencia en el uso del agua
(g de CO2/kg agua)
1-3 2-5 1-8
Frecuencia estomática
(estomas/mm2)
40-300 <160 10-40
Tasa de transpiración (g/g*s) 450-900 250-300 45-55
Tasa de crecimiento relativo
(g/g*día)
5-20 30-50 0.0-0.5
Temp. Óptima (°C) 15-25 25 >30
Carboxilación Sólo una 1ª : en las células del
mesófilo
1ª : En la noche,
en las células del
mesófilo
2ª : En las células de
la vaina
2ª : En el día, en
las células del
mesófilo
Comparación de plantas C3, C4 y CAM
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H2C - O-PO32-
І C═O І HC―OH І HC―OH І H2C - O-PO3
2-
―O―C═O І H2C - O-PO3
2-
Ribulosa bifosfato
2-Fosfoglicolato
H2C - O-PO32-
І HO―C―H І ―O―C ═ O
3-fosfoglicerato
+
H2C - O-PO32-
І HO―C―H І ―O―C ═ O
3-fosfoglicerato
O2
Rubisco
―O―C═O І H2C - OH
Glicolato
Fosfoglicolato
fosfatasa
―O―C═O І H-C ═ O
Glioxilato
Glicolato
oxidasa ―O―C═O І H-2C – NH3
+
Glicina
Glicerato
quinasa
ATP ADP
CITOSOL
CLOROPLASTO PEROXISOMA MITOCONDRIA
H2C - OH
І HO―C―H І ―O―C ═ O
Glicerato
H2C - OH
І C ═ O І ―O―C ═ O
Hidroxipiruvato
Hidroxipiruvato
reductasa
O2 H2O2
H2C - OH
І H-C - NH3
+ І ―O―C ═ O
Serina
COO― І CH2 І H―C―H
І C ═O І COO―
α-cetoglutarato
COO― І CH2 І H―C―H
І H―C - NH3
+
І COO―
Glutamato
CO2 + NH3+
H-2C – NH3+
І ―O―C═O
H2O
Glicina
NADH NAD +
FOTORRESPIRACIÓN
H4-Folato H4-Folato-CH2
Glicina hidroxi
metiltransferasa
Glicina
descarboxilasa
Glicina
transaminasa
Serina
transaminasa
NADH NAD
+