FOTOSINTESIS

FOTOSINTESIS Proceso que permite captar energía lumínica y transformarla en energía química. Esta es luego aprovechada ....entre otros por el hombre

FOTOSINTESIS Proceso que permite captar energía lumínica y transformarla en energía química. Esta es luego aprovechada ....entre otros por el hombre

FOTOSINTESIS Grandes diferencias en productividad de los diferentes ecosistemas naturales

FOTOSINTESIS Además de las limitaciones del ambiente, parte de estas diferencias son explicadas por la capacidad potencial para fotosintetizar de las especies que componen el ecosistema.

nCO2 +2n H2O + luz cloroplastos (CH2O)+nO2+nH2O FOTOSINTESIS Ecuación resumida nCO2 +2n H2O + luz cloroplastos (CH2O)+nO2+nH2O Reacción “inversa” a la respiración http://www.youtube.com/watch?v=Bdc-fHn0zAU&feature=fvwrel

Etapas de la fotosíntesis FOTOSINTESIS Etapas de la fotosíntesis - Lumínica 1- Se implusan electrones provenientes del H2O para reducir el NADP+ a NADPH. 2- Proporcionar energía para formar ATP ADP + Pi + luz cloroplastos ATP + H2O (fotofosforilación) http://www.youtube.com/watch?v=hj_WKgnL6MI&feature=related - Oscura Reducción de CO2 a partir de NADPH reducido http://www.youtube.com/watch?v=E_XQR800AgM&feature=related

LUZ nCO2 +2n H2O + luz cloroplastos (CH2O)+nO2+nH2O La energía radiante es una forma de energía que se emite o difunde en el espacio o por algún medio natural. Es electromagnética y se propaga en forma de pulsaciones u ondas. La luz es la energía radiante que se puede ver. Es la fuente (entrada) de energía a la inmensa mayoría de los ecosistemas (transformación de energía lumínica en energía química vía fotosíntesis).

El espectro electromagnético se extiende en aproximadamente veinte órdenes de magnitud. La porción correspondiente a la luz ocupa sólo un orden de magnitud

LUZ Sólo una pequeña parte de la radiación solar es fijada como energía química. Otras porciones del espectro tienen otros efectos sobre las plantas ej: infrarojo (térmico), rojo lejano y ultravioleta (fotomorfogenético)

Las plantas están a menudo expuestas a una oferta variable en cantidad y calidad de luz, tanto en el espacio como en el tiempo Cambio de la irradiancia (cantidad) con la latitud y la época del año

Las plantas están a menudo expuestas a una oferta variable en cantidad y calidad de luz, tanto en el espacio como en el tiempo Cambio de la irradiancia (cantidad) con la época del año, entre días, dentro de un mismo día.

LUZ nCO2 +2n H2O + luz cloroplastos (CH2O)+nO2+nH2O nCO2 +2n H2O + luz cloroplastos (CH2O)+nO2+nH2O Además de con diferente cantidad, las plantas que crecen en condiciones naturales son iluminadas con diferentes calidades (longitudes de onda) dependiendo de la época del año, hora del día, condiciones de la atmósfera (nubes), presencia de plantas vecinas, etc.

Más aún si la fuente lumínica es artificial LUZ nCO2 +2n H2O + luz cloroplastos (CH2O)+nO2+nH2O Más aún si la fuente lumínica es artificial

Cloroplasto: estructura altamente especializada nCO2 +2n H2O + luz cloroplastos (CH2O)+nO2+nH2O La doble membrana permite controlar el flujo de moléculas Estroma: material amorfo, gelatinoso y rico en enzimas Granum: pila de tilakoides Tilacoides estromáticos conectan granum entre sí Luz o lumen Cavidad entre dos membranas del tilacoide

La luz es captada por diferentes pigmentos La luz es captada por diferentes pigmentos. El más importante es la clorofila

Espectros de absorción Diferentes pigmentos presentan diferentes espectros de absorción. La absorción depende en parte de la calidad (longitud de onda con que es iluminada la hoja). Espectrofotómetro (absorbancia del pigmento)

El espectro de acción de la luz sobre la fotosíntesis es diferente del espectro de absorción de los pigmentos Espectro de acción Medidor de fotosíntesis (CO2 fijado)

Porque además de los pigmentos presentes, la anatomía foliar también tiene importancia en la absorción.

El espectro de acción de la luz sobre la fotosíntesis es diferente del espectro de absorción de los pigmentos Espectro de acción Espectros de absorción

La superposición de los espectros de absorción de diferentes pigmentos y las características de la anatomía foliar explican que tengan acción en la fotosíntesis longitudes de ondas para las cuales la absorción de los pigmentos es, de manera individual, relativamente baja (ej. en el verde)

Los fotones de diferente calidad (longitud de onda) poseen diferente energía

Los fotones de diferente calidad (longitud de onda) poseen diferente energía Pero una vez absorbido, cualquier fotón es equivalente- Importancia del número de fotones.

FOTOSINTESIS Grandes diferencias entre especies en la fotosíntesis máxima

Pero además de la fotosintesis máxima (nivel del plateau) cambia la respuesta a la luz (ej a altas o baja luz)

nCO2 +2n H2O + luz cloroplastos (CH2O)+nO2+nH2O Las diferencias de respuesta estan dadas por el tipo de metabolismo (C3, C4 y CAM) http://www.youtube.com/watch?v=H_-pOjyzKZc

Las diferencias de respuesta estan dadas por el tipo de metabolismo (C3, C4 y CAM) Las C3 fotorespiran Fotorrespiración Rubisco: carboxilasa/oxigenasa

3- La Rubisco es activada por la luz Las diferencias de respuesta estan dadas por el tipo de metabolismo (C3, C4 y CAM) Fotorrespìración Rubisco: carboxilasa/oxigenasa Mayor afinidad de la enzima con C02 pero en el aire la concentración de O2 es mucho mayor que la de C02 (21% vs. 330 ppm o 0.03%). RUBP + 02 Rubisco 3PGA + Acido Fosfoglicólico + H2O La fotorespiración depende de la luz porque: 1- Formación de RUBP es más rápida 2- Hay un incremento de la concentración de 02 por fotólisis del agua. 3- La Rubisco es activada por la luz

Las diferencias de respuesta estan dadas por el tipo de metabolismo (C3, C4 y CAM) Fotorrespiración Cloroplasto RUBP + 02 Rubisco 3PGA + Acido Fosfoglicólico + H2O La fotorespiración depende de la luz porque: 1- Formación de RUBP es más rápida 2- Hay un incremento de la concentración de 02 por fotólisis del agua. 3- La Rubisco es activada por la luz La activación de la Rubisco por la luz no es directa ( no es fotosensible)

Las diferencias de respuesta estan dadas por el tipo de metabolismo (C3, C4 y CAM) Fotorrespìración Cloroplasto RUBP + 02 Rubisco 3PGA + Acido Fosfoglicólico + H2O Peroxisomas Acido Glicólico + 02 Acido Glicólico oxidasa Acido glioxílico + H2O2 2 H2O2 Catalasa 2H2O + 02 Glicina Glioxilato transaminación Glicina ATP, 2Fd(Fd2+) Mitocondrias 2 Glicinas (2C) transaminación Serina (3C) + CO2 + NH+

Ecuación general de la fotorrespiración Las diferencias de respuesta estan dadas por el tipo de metabolismo (C3, C4 y CAM) Ecuación general de la fotorrespiración RUBP + 302 + 2 ATP + H2O + 2Fd(Fd2+) CO2 +3PGA + 2 ADP + 3 Pi + 2 Fd(Fe 3+)

Compartamentalización espacial: PEP y Rubisco Anatomía de Krantz en C4 Las diferencias de respuesta estan dadas por el tipo de metabolismo (C3, C4 y CAM) http://www.youtube.com/watch?v=ouw8phQZEOg&feature=related En cambio la compartamentalización hace que la fotorrespiración sea “nula” en C4 Compartamentalización espacial: PEP y Rubisco Anatomía de Krantz en C4

Compartamentalización en el tiempo Las diferencias de respuesta estan dadas por el tipo de metabolismo (C3, C4 y CAM) Las CAM possen una compatamentalización en el tiempo (C4 en el espacio). Son plantas de zonas donde la disponibilidad hídrica es muy baja. Compartamentalización en el tiempo Estomas abiertos durante la noche

INC (similar a tasa de fotosíntesis neta) INC = FB (fotosíntesis Bruta) – Pérdidas respiratorias Pérdidas respiratorias = Fotorespiración + Respiración celular (o respiración oscura, o nictorespiración) INC = FB (fotosíntesis Bruta) – (Fotorespiración + Respiración celular )

Las diferencias de respuesta estan dadas por el tipo de metabolismo (C3, C4 y CAM) Importante: punto de compensación lumínica (nivel de irradiancia donde INC = 0) y punto de saturación lumínica (nivel de irradiancia donde INC = 0)

Las diferencias de respuesta estan dadas por el tipo de metabolismo (C3, C4 y CAM)

Las diferencias de respuesta estan dadas por el tipo de metabolismo (C3, C4 y CAM) Las C3 fotorespiran, saturan (-la luz deja de ser el factor limitante-) a niveles de luz menores que las C4. Pero a bajos niveles, las C3 son más eficientes (las curvas se cruzan) porque el metabolismo C4 es más costoso (mayor respiración “oscura” )

Dióxido de Carbono Otro factor de importancia es el nivel de CO2. La concentración de CO2 ha variado mucho en la atmósfera a escala de tiempo geológico y tiende a aumentar en los últimos cincuenta años. Es manejable en condiciones controladas y semicontroladas (ej invernáculos)

Las diferencias de respuesta estan dadas por el tipo de metabolismo (C3, C4 y CAM) El INC es mayor a bajas concentraciones de CO2 en la C4. Pero a concentraciones superiores a la atmosférica satura. En cambio, el INC de las C3 tienden a seguir aumentando con el incremento en la concentración de CO2. La figura muestra que habría variabilidad genética en la respuesta aún entre especies C3

Las diferencias de respuesta estan dadas por el tipo de metabolismo (C3, C4 y CAM)

En las plantas, el aire atmosférico entra y sale por difusión simple que ocurre a través De la superficie de la planta en general De las lenticelas (c) De los estomas presentes principalmente en hojas y tallos jóvenes

+ crecimiento Determination of growth and maintenance respiration in whole plants, roots or shoots. Respiration rates are plotted as a function of RGR and maintenance respiration is taken as the rate of respiration when RGR is extrapolated to zero. The slope of this plot (25 mmol CO2 g-1) provides an estimate of the specific costs of growth which are assumed to remain constant for a given plant regardless of RGR. Variation in both RGR and respiration rate can be generated in several ways, including growing plants under different irradiances, or by measuring respiration and growth rates during development (RGR and respiration rate commonly decrease with age) (Original drawing courtesy Owen Atkin) Atwell, Kriedeman , Turnbull Eds. 1999

+ crecimiento + absorción Figure 6.33 Determination of growth, maintenance and ion uptake components of root respiration. Maintenance respiration is taken as the rate of respiration when ion uptake rate and relative growth rate (RGR) are extrapolated to zero. Specific costs of ion uptake are estimated from the slope of the respiration versus ion uptake rate plot, while the actual amount of respiration allocated to ion uptake is shown. The slope of respiration versus RGR represents the specific costs of growth. Growth respiration varies with RGR, but specific costs of growth, ion uptake and maintenance are assumed to remain constant irrespective of variation in RGR or ion uptake (Original drawing courtesy Owen Atkin) Atwell, Kriedeman , Turnbull Eds. 1999

Efecto de temperatura

20 10 Coeficientes de respiración de crecimiento y mantenimiento Crecimiento: por síntesis de compuestos y otras actividades asociadas con incremento de tamaño de las plantas. Alta respuesta a la Energía disponible Mantenimiento: por mantener estructuras existentes funcionales. Alta respuesta a la temperatura m (mg g-1 12hr-1) g (g g-1) Temperatura (ºC) 10 20 5 10 15 20 25 30 35 0.1 0.2 Mc Cree y Silsbury 1978 Crop Sci 18:13

Diferencias entre la fotósintesis de hojas individuales y de canopeos. trigo

Aclimataciones

Aclimataciones