Sesión 8 Fotosíntesis

Cloroplastos Cloroplasto: organelo que se encuentra presente en células vegetales Eucariontes, varios tipos de bacterias, (cianobacterias), algas. Pertenece a la familia de los plastidios. Contiene pigmentos como: clorofila a y b y carotenoides. Dentro de los plastidios podemos encontrar: Leucoplastos: presentes en tejidos internos y epidérmicos Amioplastos: forma común de leucoplastos que acumula el almidón en tejidos de reserva. Los cloroplastos son los encargados de transformar la luz solar en energía química (ATP, NADPH). FOTOSINTESIS ATP y NADPH son utilizados por la células fotosintéticas para producir muchas moléculas orgánicas.

Cloroplastos: Membrana externa: altamente permeable Membrana interna: menos permeable y posee proteínas de transporte Espacio intermembrana espacio estrecho entre la membrana externa y la interna.(todas forman envoltura Todas esta membranas forman la envoltura del cloroplasto ESTROMA o matríz cloroplasmática: espacio limitado por la membrana interna y contiene muchas enzimas metabólicas y moléculas de RNA y DNA del cloroplasto. Membrana tilacoidal: tercera membrana que se pliega en forma de sacos aplanados denominados tilacoides.

El conjunto de sacos o pilas aplanadas se denomina GRANA. Los tilacoides contienen en la membrana proteínas transportadoras de protones y electrones, ATP-sintetasa y complejos antena que intervienen directamente en el proceso fotosintético. FOTOSINTESIS: Proceso en el cual la luz solar (energía luminosa) es transformada en engría química. Ej. Dióxido de carbono (molécula inorgánica) glucosa (molécula orgánica) La Fotosíntesis es un proceso de tipo anabólico, es decir hay producciòn de moleculas complejas con utilizaciòn de energìa ATP La realizan bacterias fotosintéticas, organismos unicelulares como (ditomeas y dinoflagelados), algas, musgos y vegetales superiores.

Reacciones de fijación del carbono (fase oscura) La reacción general de la fotosíntesis para sintetizar una molécula de Glucosa está dada por: 6 CO2 + 12 H2O + Luz C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O El proceso requiere de una primera etapa donde se absorbe la energía solar y se transforma en energía química libre y poder reductor, y una segunda etapa donde se utilizan los productos para la reducción de CO2 Estas dos etapas son: Reacciones fotosintéticas de transferencia de electrones (fase luminosa) Reacciones de fijación del carbono (fase oscura)

Fase luminosa: La luz excita la molécula de clorofila y los transfiere a los sistemas de transporte de electrones de los tilacoides: La E de los electrones desencadena tres procesos: Fotólisis del agua cuyo producto final es el O2 Durante el transporte de electrones H+ son bombeados a través de la membrana tilacoidal impulsando la síntesis de ATP (gradiente electroquímico) Los electrones son cedidos junto con H+ a la NADP NADPH Fase oscura: ATP y NADPH producidos en la fase luminosa son fuente de energía para la transformación de CO2 en carbohidratos. La fijación de carbono comienza en el estroma del cloroplasto y termina en el citosol.

Proceso de fotosíntesis

Fase luminosa (tilacoides) La energía necesaria para esta etapa proviene de la luz solar captada por la Clorofila. Naturaleza de la luz: sustancias absorben parte de la luz que reciben y de esta los fotones que excitan las moléculas de clorofila. Absorción de la energía luminosa: Complejos multiproteicos denominados Fotosistemas I y II catalizan la transformación de la energía luminosa captada por la clorofila en formas útiles de energía. Cada fotosistema esta compuesto por un “complejo antena” formado por proteínas y cientos de moléculas de clorofila que absorben la luz y la transmiten hacia un centro de reacción Centro de reacción: clorofila especializada que al recibir la excitación por la energía transmitida pierde un electrón (acto fotoquímico). Se produce la transformación de energía luminosa en química.

Complejos responsables de las reacciones fotosintéticas: Fotosistema II: complejo molecular que posee dos sectores claramente definidos, complejo antena (clorofila a y b y carotenoide y centro de reacción (clorofila del tipo P 680). Plastoquinona: molécula intermediaria Complejo b-f : contiene proteína asociada de 17 kDa asociada a los citocromos f y b y una proteína con un centro Fe-S Plastocianina: molécula intermediaria Fotosistema I: complejo molecular que posee dos sectores claramente definidos, complejo antena (clorofila a y b y carotenoide y centro de reacción (clorofila del tipo P 700). Ferrodoxina: molécula intermediaria NADP reductasa: Reduce moléculas de NADP+ a NADPH

Flujo de electrones durante la fotosíntesis

3.- Formación de energía quimica libre y poder reductor Los fotones que inciden en el fotosisitema I, permite el paso de dos electrones desde P700 a un orbital de mas energía. Estos son captados por la ferrodoxina. NADP+ acepta los electrones y se reduce a NADPH El fotsistema II excitado por dos fotones el P680 emite dos electrones captados por la plastoquinona, citoromos b-f y polastocianina Citocromo b-f actua también como bomba de protones y los impulsa al espacio tilacoidal. De la plastocianina los electrones pasan a la P700 y los recupera. P680 recupera los protones perdidos gracias a la ruptura de la molecula da agua (H+, O+ y dos electrones)

Protones de la fotolisis del agua se suman a los del complejo citocromo b-f . (gradiente electroquímico). Protones según gradiente equimioosmótico pasan a traves del ATP sintetasa (membrana tilacoidal) ADP + P = ATP (fosforilación no ciclica) fosforilación no ciclica Comienza con la fotolisis de agua y termina con NADP Total 1 NADPH, 1 H2O y ½O2

Fotofosforilación ciclica: La fosforilación ciclica se lleva a cabo en el fotosistema I. Es ciclico porque los fotones perdidos por el P700 vuelven a él. Objetivo del ciclo: generar ATP para suplir déficit que se produciría en la fase oscura. Requiere 3 ATP para 2 NADPH. El ciclo es similar al no ciclico pero la ferrodoxina no produce NADPH sino que los electrones son desviados al complejo citocromo b-f . Este bombea protones al espacio tilacoidal para generar ATP en el espacio ATP sintetasa. (Fosforilación ciclica). Sólo se forma ATP.

Fase Oscura (Estromas) Esta fase utiliza el ATP (poder energético) y el NADPH (poder reductor) de la fase luminosa para transformar materia inorgánica en materia orgánica En esta fase se produce la fijación de CO2. formandose primero glucidos sencillos y luego el resto de los compuestos orgánicos más complejos. Por cada molécula de CO2 fijada se requiere 3 ATP y 2 NADPH El CO2 es fijado a través de un ciclo que se conoce como ciclo de fijación del carbono o Ciclo de Calvin.

Ciclo de Calvin 3 moléculas de CO2 se fijan a un azúcar de 5 C ribulosa 1,5-difosfato gracia a la enzima ribulosa bifosfato carboxilasa (RuBisCo). enzima cataliza la incorporación del CO2 al ciclo en forma de gas o disuelto en agua.. RuBisCo se encuentra en grande cantidades en el cloroplasto. 3 Etapas del Ciclo: Carboxilación: RuBisCo fija CO2 al azúcar ribulosa 1,5-difosfato formando un compuestop inestable de 6 carbonos produce 2 molécula de fosfoglicerato Reducción: 3-P glicerato se reduce a 3-P gliceraldehido consumiento ATP y NADPH. Recuperación: de cada 6 moléculas que se forman se considera 1 rendimiento neto de la fotosíntesis. La otras 5 regeneran ribulosa

Fotorespiración RuBisCo puede funcionar en dos sentidos. En el ciclo cataliza la carboxilación de la ribulosa pero también puede provocar la oxigenación de dicha molecula. (mucho calor). Resultan compuestos ácidos que posteriormente se oxidan en los peroxisomas dando como productos CO2 y otros. (Fotorespiración) Depende de las concentraciones de O2 y CO2. Fotorespiración es perjudicial para las plantas ya que descompone materia orgánica materia orgánica en CO2

Factores que influyen la fotosíntesis Intensidad luminosa Concentración de CO2 Temperatura Fotoperíodo Humedad ambiental Concentración de O2 Color de la luz