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FOTOSÍNTESIS. La Fotosíntesis La Vida en nuestro planeta depende del Sol Proceso donde las plantas capturan energía solar y la convierten en energía química.

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Presentación del tema: "FOTOSÍNTESIS. La Fotosíntesis La Vida en nuestro planeta depende del Sol Proceso donde las plantas capturan energía solar y la convierten en energía química."— Transcripción de la presentación:

1 FOTOSÍNTESIS

2 La Fotosíntesis La Vida en nuestro planeta depende del Sol Proceso donde las plantas capturan energía solar y la convierten en energía química contenida en las moléculas de carbohidratos, lípidos y proteínas

3 Tipos de Organismos Organismos Autótrofos: capaces de producir su propio alimento, ej. Algunas bacterias y las Plantas Organismos Heterótrofos: Se alimentan de los autótrofos, de otros heterótrofos y de desechos orgánicos. Ej. La mayoría de bacterias, protistas, los hongos y los animales

4 ¿Qué es la luz? La luz es una radiación que se propaga en todas direcciones y siempre en línea recta en forma de ondas electromagnéticas. La línea amarilla muestra el tiempo que tarda la luz en recorrer el espacio entre la Tierra y la Luna, alrededor de 1,29 segundos.

5 Naturaleza de la luz La longitud de onda, es decir, la distancia entre la cresta de una onda y la cresta de la siguiente, va desde décimas de nanómetro (1 nm = m) en los rayos gamma, hasta kilómetros (1 km = 10 3 m) en las ondas de radio de baja frecuencia

6 Diferentes longitudes de onda A menor longitud de onda es mayor su energía

7 Espectro Visible

8 Fotosíntesis Plantas son fotoautótrofos o fotótrofos: mediante la fotosíntesis elaboran azúcares usando la luz como fuente de energía y el dióxido de carbono como fuente de carbono El carbono fijado por la fotosíntesis es espectacular, la producción anual de materia orgánica seca: 1,55 x toneladas, con aprox. 60% formada en la tierra, el resto en océanos y aguas continentales.

9 Productores Predominantes

10 Los Cloroplastos SECCIÓN TRANSVERSAL CELULA DEL MESOFILO Hoja Cloroplasto Mesófilo CLOROPLASTO Espacio intermembranoso Membrana externa Membrana interna Espacio tilacoideo Tilacoide Estroma Granos EstromaGranos

11 Los Cloroplastos Los Cloroplastos contienen los pigmentos fotosintéticos

12 Eucariotas fotosintéticos (plantas y algas), la clorofila a es el principal pigmento fotosintético: –Absorbe luz violeta, azul, anaranjado - rojizo, rojo. Pigmentos accesorios –Incluyen clorofila b, c, d y e –Los carotenoides que pueden ser de dos tipos: los carotenos (amarillos) y las xantofilas (naranjas). Ej. tomate, chile y zanahorias. –Las ficobilinas: ficocianina y ficoeritrina, pigmentos presentes en algas y cianobacterias –Estos absorben energía que clorofila no puede absorber Pigmentos Fotosintéticos

13 Espectro de absorción de la Clorofila y Pigmentos Accesorios

14 Luz Cloroplasto Luz reflejada Luz absorbida Luz transmitida La Clorofila La Clorofila absorbe todas las longitudes de onda de luz visible excepto el verde, el cual es reflejado, de ahí la coloración verde de las hojas y otras estructuras

15 Estructura de la Clorofila La molécula de clorofila está formada por una cabeza tetrapirrólica con un átomo de magnesio en su centro, y una cola de fitol (alcohol de cadena larga).

16 Fases de la Fotosíntesis I Fase Luminosa Requiere energía de luz del sol Ocurre en los tilacoides, a través de los fotosistemas Genera energía (e-) que es transportada por moléculas especiales (ATP y NADPH – ) para utilizarse en segunda fase Un fotón es capturado por el pigmento fotosintético de un centro de reacción, provocando la excitación de un e- el cual es elevado a un nivel de energía superior (estado excitado) y por reacciones redox la energía del e- se adiciona al ATP o al NADPH – y a la vez ocurre fotólisis del agua.

17 Fotosistemas En el cloroplasto, los complejos proteína-clorofila se encuentran empaquetados en la bicapa lipídica de los tilacoides. Los pigmentos captan la luz como una antena (complejo antena) y pasan la energía de una molécula de pigmento a otra, hasta que alcanza una forma especial de clorofila a que constituye el centro de reacción del fotosistema, que la utiliza para iniciar las reacciones redox.

18 .. Fotosistemas Hay dos Fotosistemas: Fotosistema I (FSI): asociado a clorofila a, absorbe luz a longitudes de onda de 700 nm (P 700 ) Se localiza, casi exclusivamente, en las lamelas estromales y en la periferia de los grana. + reduciéndolaSe transfieren dos e- a la molécula de NADP + reduciéndola para formar NADPH (en el lado de membrana tilacoidal que mira hacia el estroma) El FSI se considera entonces como un fuerte reductor

19 Fotosistemas Fotosistema II (FSII): asociado a clorofila a, con un centro de reacción absorbe luz a una longitud de onda de 680 nm (P 680 ) Se produce fotólisis del agua (oxidación) y liberación de oxígeno 2 H 2 O O H+ + 4 e¯ Ambos fotosistemas operan en serie, transportando electrones, a través de una cadena transportadora de electrones Se considera el FSII como un fuerte oxidante

20 Aceptor primario de electrones Cadena de transporte de electrones Transporte de electrones Fotones POTOSISTEMA I POTOSISTEMA II Energía para sintesis de Por quimiósmosis Flujo de fotones y electrones en reacciones luminosas

21 Producción de ATP por Quimiósmosis y NAPH por Fotofosforilación No cíclica Compartimiento tilacoideo (alto H + ) Membrana tilaoidea Estroma (bajo en H + ) Luz Moléculas de la antena Luz CADENA DE TRANSPORTE DE ELECTRONES (REDOX) FOTOSISTEMA IIFOTOSISTEMA IATP SINTETAZA Clorofila a (P 700 ) Clorofila a (P 680 ) Reducción del Fotólisis del Agua

22 Producción de ATP por Quimiósmosis y NAPH por Fotofosforilación No cíclica Fotólisis del Agua Transportadores de nivel energético sucesivamente menor: plastoquinona (PQ), citocromo bf (cit bf), y plastocianina (PC).

23 Fotofosforilación No Cíclica Se produce ATP y NADPH Se libera oxigeno

24 Fotofosforilación Cíclica El electrón del P 700 regresa a esta misma molécula (a través de los cit bf y la PC). En este caso también se produce un bombeo de protones al espacio intratilacoidal que permite la síntesis de ATP adicional (fotofosforilación cíclica) Pero que no se reduce el NADP + a NADPH, ni se liberará oxígeno, porque no podrá haber oxidación del agua. plastoquinona (PQ) citocromo bf (cit bf) plastocianina (PC)

25 Segunda fase Reacciones de oscuridad Independiente de la luz solar Ocurre en el estroma Productos de la fase luminosa (ATP y NADPH) son utilizados para formar enlaces covalentes C – C (en los carbohidratos)

26 Ciclo de Calvin - Benson Se reduce el CO 2 utilizando ATP y NADPH provenientes de Primera Fase, para formar compuestos más complejos. Se forman los enlaces C – C de los carbohidratos (ciclo de Calvin) a partir del CO 2 proviene de la atmósfera o del agua (en plantas acuáticos/marinos). Incorporación del CO 2 se conoce como fijación del Carbono.

27 Ciclo de Calvin - Benson 1.Fijación de una molécula de carbono: Un azúcar de 5 carbonos, la ribulosa difosfato (RuDP) se une al CO 2, formando una mol. de 6 carbonos, que se rompe en 2 mol. de 3 carbonos (3-Fosfoglicérico o PGA). Esta reacción está catalizada por la enzima RuDP carboxilasa oxigenasa (RuBisCO) 2.Síntesis del Fosfogliceraldehído (PGAL): El ATP devuelve la energía y el NADPH 2 cede los hidrógenos al 3-Fosfoglicérico, formando el PGAL. 3.Por cada seis vueltas del ciclo se forma una glucosa fosforilada 4.Formación de compuestos orgánicos: El PGAL puede dar origen a la Glucosa, Fructosa, Almidón, también puede formar grasas y aminoácidos para formar proteínas.

28 Fosforilación Enzima Catalizadora RuBisCO Reducción Oxidación PGAL PGA I Fase Fijación del C II Fase Reducción 12 ATP 12 ADP + 12 Pi RuBP Fosforilación FOSFORILADA (unida a un Pi o grupo fosfato) Se pierde otro Pi III Fase de Regeneración

29 PGAL es base para formar otras biomoléculas

30 Importancia de la Fotosíntesis La síntesis de materia orgánica a partir de la inorgánica, la cual irá pasando de unos seres vivos a otros mediante las cadenas tróficas, para ser transformada en materia propia por los diferentes seres vivos. Produce la transformación de la energía luminosa en energía química, necesaria y utilizada por los seres vivos En la fotosíntesis se libera oxígeno, que será utilizado en la respiración aerobia como oxidante. De la fotosíntesis depende también la energía almacenada en combustibles fósiles como carbón, petróleo y gas natural. La diversidad de la vida depende de la fotosíntesis.

31 Factores que Afectan la Fotosíntesis La cantidad de luz: fuente de energía La concentración atmosférica de CO 2: fuente de carbono La disponibilidad de agua: Fotólisis y medio para los procesos metabólicos La temperatura, influye en todos los procesos enzimáticos y metabólicos; juegan un papel la disponibilidad de agua, puede afectar al grado de apertura estomática y por tanto a la difusión del CO 2, y la disponibilidad de nutrientes.

32 Factores que Afectan la Fotosíntesis Las características propias del vegetal (estructurales, bioquímicas, etc.) - La densidad de los estomas y su sensibilidad - La edad de la hoja y el área foliar Disponibilidad de sustrato, obtención de nutrientes y minerales Fotorrespiración

33 Fotosíntesis

34 Vías para la Fijación de Carbono Los estomas regulan la entrada y salida de gases de la planta Son aperturas que atraviesan la epidermis de las hojas. Se abren y cierran según las condiciones ambientales, altas temperaturas se cierran, evitando la pérdida de agua, pero impide la entrada de CO 2

35 El problema de la fotorrespiración. En presencia de suficiente CO 2, la enzima RuBisCO introduce el CO 2 en ciclo de Calvin. Sin embargo, si la concentración de CO 2 en la hoja es muy pequeña comparada al O 2, la enzima cataliza la reacción de la RuDP con el oxígeno, proceso de fotorrespiración, los glúcidos son oxidados a CO 2 y agua en presencia de luz. A diferencia de la respiración mitocondrial, la fotorrespiración es un proceso donde la energía se pierde, y no se produce ni ATP ni NADH. En algunas plantas, cerca del 50 % del carbono fijado en la fotosíntesis puede ser reoxidado a CO 2 durante la fotorrespiración.

36 Una solución: Otras vías de fijación del CO 2 Algunas plantas la unión del dióxido de carbono a una molécula llamada ácido fosfoenolpirúvico (PEP), formando un ácido de cuatro carbonos llamado ácido oxalacético. Hay dos grupos de estas plantas: plantas C4 y las CAM. Las restantes especies, en las que el CO 2 se fija para formar el compuesto de tres carbonos llamado ácido fosfoglicérico (PGA), se conocen como plantas C3

37 Comparación entre C3 y C4


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