Fotosíntesis Profundizando en la fase dependiente de luz 1) MOTIVACIÓN: 1 VIDEO. (5 MIN) 2) OBJETIVOS: 1 DIAPO. (1 MIN) 3) CONTENIDOS:   - EMPALME (ANÁLISIS DEL VIDEO): 5 DIAPOS. (7,5 MIN)   - MATERIA: 25 DIAPOS. (37,5 MIN) 4) ACTIVIDAD: 1 JUEGO INTERACTIVO. (19 MIN) 5) CIERRE (RESUMEN): 5 DIAPOS. (10 MIN)

OBJETIVOS: Conocer y comprender el mecanismo de la fase dependiente de la luz (o fase primaria) de la fotosíntesis. ¿Pero de qué se alimenta la planta para poder producir esta materia orgánica? ¿Cuál es la fuente última de energía y materia del ecosistema? ¿Qué tienen de especial las plantas que no necesitan alimentarse de otros organismos vivos para tener la energía y materia suficiente para mantener sus funciones vitales y para producir la materia orgánica que las constituye y que son la fuente de materia y energía del ecosistema? ¿Cuál es la fuente principal de energía del planeta Tierra?

Fase Secundaria (en el estroma) Fase Primaria (en el tilacoide) tilacoide ? Luz H2O O2 ATP, NADPH Ciclo de Calvin CO2 C6H12O6 Fase Secundaria (en el estroma) estroma

H2O O2 ATP, NADPH Luz Fase Primaria tiene 3 etapas: 1) Reacciones fotoquímicas e hidrólisis. 2) Transporte de electrones. 3) Quimiosmosis.

H2O O2 ATP, NADPH Luz Fase Primaria tiene 3 etapas: 1) Reacciones fotoquímicas e hidrólisis. Genera el O2 2) Transporte de electrones. Genera el NADPH 3) Quimiosmosis. Genera el ATP H2O Luz O2 ATP, NADPH 1) 3) 2)

Primera etapa... 1) Reacciones fotoquímicas e hidrólisis.

La CLOROFILA es el pigmento clave en esta etapa…

Los fotones de la luz arrancan un electrón de la clorofila…

Este electrón es recibido por un “aceptor de electrones”… Luz Aceptor de electrones

… y un “dador de electrones” reemplaza el electrón anterior Luz e- Aceptor de electrones Dador de electrones

H2O … este “dador de electrones” es el H2O… e- Luz e- Aceptor de electrones H2O

Al romperse las moléculas de H2O (hidrólisis) se liberan electrones, produciendo O2 y H+. Este O2 es el que se libera del cloroplasto… 1) 4 e- O2 2 H2O 4 H+ Este H+ será crucial para la etapa 3) (quimiosmosis)…

… este proceso ocurre en el centro de reacción de los “Fotosistemas”… … los fotosistemas se encuentran en la membrana del tilacoide Fotosistema: complejo de pigmentos y proteínas constituido por: Un centro de reacción. Un complejo antena. centro de reacción antena

Interior del tilacoide Luz e H+ H2 O Interior del tilacoide O2

… en el complejo antena, los pigmentos (clorofilas, carotenoides, etc … en el complejo antena, los pigmentos (clorofilas, carotenoides, etc.) se traspasan entre sí la energía luminosa absorbida. La energía es traspasada de pigmento a pigmento mediante resonancia (“transferencia energética por resonancia”)

… finalmente en el centro de reacción ocurre el traspaso de electrones ya mencionado... En el centro de reacción, la clorofila concentra la luz captada por los pigmentos y permite la salida de un electrón, el cual salta a la CTE antena

Segunda etapa... 2) Transporte de electrones. … que genera NADPH.

H2O …La luz confiere energía al electrón que sale de la clorofila e- Aceptor de electrones H2O

e-

… el electrón pasa a la cadena transportadora de electrones, produciendo NADPH: estroma NADP+ NADP + 2 H+ + 2e-   LUZ + NADPH  Que va a formar los principios inmediatos orgánicos de la fase independiente de la luz. Luz Luz H+ H+ e H+ H2 O Interior del tilacoide Una vez que los electrones han recorrido todo el PSII, son Transferidos al PSI, transfiriendo su energía hasta el centro de reacción. O2

Algunos componentes de la cadena transportadora de electrones son: NADPH NADP+ Luz Luz H+ H+ FII FI e Fotosistema II (con clorofila a P680) Fotosistema I (con clorofila a P700) [absorbe luz de longitud de onda 680 nm] [absorbe a 700 nm]

Pero hay muchos más componentes… Debido a que el centro de rx del PSII cedió electrones para la formación del NADPH, éste debe recuperarse constantemente. Para esto, el centro del reacción del PSII descompone la molécula de H2O, liberando oxígeno.

Tercera etapa... 3) Quimiosmosis. Donde se produce ATP…

Interior del tilacoide … recordemos que en la etapa 1) la hidróli-sis produce H+. Luz e H+ H2 O Interior del tilacoide ½ O2

Interior del tilacoide …esto genera alta concentración de H+ al interior del tilacoide… NADPH NADP+ estroma Luz Luz H+ H+ e H2 O H+ Interior del tilacoide ½ O2

Interior del tilacoide Los H+ salen hacia el estroma por una ATP sinte-tasa produciendo ATP… NADPH ATP 3H+ NADP+ Luz Luz H+ P+ ADP H+ estroma e H2 O 3 H+ Interior del tilacoide ½ O2

EN SÍNTESIS…:

La fase dependiente de la luz tiene 3 etapas: 1) Reacciones fotoquímicas e hidrólisis: Luz + clorofila + H2O  e- + H+ + O2 2) Transporte de electrones: e- + NADP+ + H+ + aceptores de e-  NADPH 3) Quimiosmosis: gradiente de H+ + ADP + P+  ATP

… de esta forma se generan los tres principales productos de la fase dependiente de luz: tilacoide H2O Luz O2 ATP, NADPH 1) 3) 2)

Actividad ¿Quién fue Robert Emerson y cuál fue su aporte al estudio del proceso fotosintético? ¿Qué son los fotosistemas, dónde se ubican y por qué hay dos tipos en la membrana tilacoidal? ¿Qué diferencias hay entre la fotofosforilación acíclica y cíclica?

La fotofosforilación acíclica implica la participación de PSII ( producción de ATP) y PSI (producción de NADPH)

Si durante la fase fotoquímica solo funciona el PSI, se genera ATP, sin liberación de O2. La vía es cíclica porque los electrones energizados que se originan en la molécula P700 del centro de reacción tarde o temprano regresan a ella. 

Fase Independiente o ciclo de Calvin

Ideas generales sobre la fase independiente Corresponde a una serie de reacciones químicas organizadas en forma cíclica. Un ciclo completo describe la fijación de solo una molécula de CO2. Por lo tanto, para la síntesis de glucosa se requieren seis veces el ciclo. Ocurre de manera independiente, es decir no depende de la energía lumínica. Las enzimas del estroma utilizan la energía química del ATP y NADPH para la fijación del CO2 y poder sintetizar glucosa. Se lleva a cabo en el estroma Fue galardonado con el Premio Nobel de Química en 1961 por sus trabajos sobre la asimilación del dióxido de carbono por las plantas

Para llevar a cabo este ciclo, se requieren tres productos básicos: CO2 Absorbido por la planta a través de los estomas ATP y NADPH Moléculas energéticas producidas en la fase primaria Ribulosa bifosfato (RuBP) Carbohidrato que capta energía y fija el CO2, catalizado por la enzima rubisco.

Etapas del ciclo de Calvin

Carboxilación La RuBP se combina con CO2. Se forma una molécula inestable de 6C Cada molécula de este compuesto reacciona con una molécula de H2O Se forman dos moléculas con 3C, llamado PGA ( Ácido fosfoglicérico)

Reducción La molécula de PGA junto con ATP se transforma en ácido bifosfoglicérico Este compuesto junto con NADPH se reduce a una molécula de Gliceraldehido 3P ( PGAL) Como son seis ciclos, una parte de estas moléculas participa en la formación de glucosa y el resto continua el ciclo.

Regeneración Utilizando ATP, las moléculas de PGAL restablecen las moléculas de RuBP para continuar el ciclo. Dato Durante el ciclo de Calvin, por cada CO2 se necesitan 2 NADPH y 3 ATP. Por lo tanto, para 1 molécula de glucosa se requieren 12 NADPH y 18 ATP