FISIOLOGIA VEGETAL - LUIS ROSSI FOTOSINTESIS N i v e l d E n r g í a ENERGIA DE LA LUZ C6H1206 + O2 CO2 + H20 Reacción simplificada luz 6CO2 + 6H20 C6H12O6 + 6O2 clorofila FISIOLOGIA VEGETAL - LUIS ROSSI

FISIOLOGIA VEGETAL - LUIS ROSSI FOTOSINTESIS TIPOS a) Fotosíntesis oxigénica: se produce oxígeno. Es el tipo más general. Ocurre en plantas superiores y algas verdes, las cuales son eucarióticas y algunos procariótes, principalmente las cianobacterias. b) Fotosíntesis anoxigénica: no se produce oxígeno. Ocurre sólo en procariotes del tipo de las bacterias verdesulfurosas y purpurasulfurosas. FISIOLOGIA VEGETAL - LUIS ROSSI

FASES DE LA FOTOSINTESIS FASE LUMINOSA 2H20 O2 ADP + Pi ATP NADP+ NADPH + H+ TILACOIDE FASE OSCURA C14O2 + ATP + NADPH + H+ C14H20 + ADP + NADP+ ESTROMA FISIOLOGIA VEGETAL - LUIS ROSSI

FASES DE LA FOTOSINTESIS Comprende 2 fases: La fase luminosa que se lleva a cabo a nivel de las membranas de los tilacoides y La fase oscura que se lleva a cabo a nivel del estroma. FISIOLOGIA VEGETAL - LUIS ROSSI

FASES DE LA FOTOSINTESIS FISIOLOGIA VEGETAL - LUIS ROSSI

FISIOLOGIA VEGETAL - LUIS ROSSI Participan: Fotosistema I (anoxigénico): localizado en las membranas no apiladas del tilacoide. Fotosistema II (oxigénico): localizado en las membranas apiladas del grana. Complejo citocromo b/f : localizado tanto en las regiones apiladas y no apiladas de la membrana del tilacoide. Los FS catalizan la conversión de la E luminosa, capturada por la clorofila hacia formas que puedan ser usadas por las plantas. FASE LUMINOSA FISIOLOGIA VEGETAL - LUIS ROSSI

FISIOLOGIA VEGETAL - LUIS ROSSI Los 2 FS absorben luz a diferentes  y ambos son esenciales para la fotosíntesis. Los 2 FS son estructuralmente distintos. Cada uno es un complejo formado por alrededor de 300 moléculas de clorofila, pigmentos carotenoides, citocromos y proteínas transportadoras formando los complejos antena o LHC. FASE LUMINOSA FISIOLOGIA VEGETAL - LUIS ROSSI

FISIOLOGIA VEGETAL - LUIS ROSSI Cada FS contiene moléculas de clorofila FASE LUMINOSA especiales o clorofilas diana ubicadas en el centro de reacción: del Fotosistema II : P680 (2) del Fotosistema I : P700 (1) Ellas absorben la luz y transfieren electrones en c/complejo. FISIOLOGIA VEGETAL - LUIS ROSSI

FISIOLOGIA VEGETAL - LUIS ROSSI Componentes fotoactivos incluyen: -donadores de e- primarios:P 680 -aceptores de e- primarios: Feofitinas a -quinonas aceptoras intermediarias:QA y QB - un ión: Fe FOTOSISTEMA II FISIOLOGIA VEGETAL - LUIS ROSSI

FISIOLOGIA VEGETAL - LUIS ROSSI FOTOSISTEMA II Las proteínas del PSII incluyen: a) Proteínas Intrínsecas: - CP47 - CP43 - D1 - D2 En D1 se localiza la especie Z:Tir161. - cit. b559 - 28 kDa. - 22 kDa. b)Proteínas Extrínsecas:En la cara luminal: - de 33 kDa, ó MSP (Proteína Estabilizadora de Mn). Requerida para unir el Mn al PSII, y formar el Complejo Productor de Oxígeno. - 23 kDa - 17 kDa FISIOLOGIA VEGETAL - LUIS ROSSI

RELOJ OXIDATIVO DEL AGUA S0 2H2O e-- H+ 4 Fotones S1 S4 2H+ 4e- 4e- PSII e-- Z e-- S3 S2 e-- H+ FISIOLOGIA VEGETAL - LUIS ROSSI

FISIOLOGIA VEGETAL - LUIS ROSSI FOTOSISTEMA I El centro de reacción del PSI es una plastocianina ferredoxina oxidoreductasa guíada por la luz. Los componentes fotoactivos incluyen: - un donador de e- primario: P 700 - un aceptor de e- primario : Ao -una quinona aceptora intermediaria : A1 - 3 centros Fe - S: FX,FB y FA. FISIOLOGIA VEGETAL - LUIS ROSSI

FISIOLOGIA VEGETAL - LUIS ROSSI FOTOSISTEMA I Las proteínas del PSI incluyen: a)Proteínas Intrínsecas: - PsaA - PsaI - PsaK - PsaB - PsaJ - PsaL b)Proteínas Extrínsecas: 1 : Localizadas en la cara estromal: - PsaC - PsaE - PsaD - PsaH 2: Localizadas en la cara luminal: - PsaF FISIOLOGIA VEGETAL - LUIS ROSSI

FISIOLOGIA VEGETAL - LUIS ROSSI COMPLEJO CIT b/f Transfiere electrones entre los dos fotosistemas, para lo cual este complejo oxida a la plastoquinona y reduce a la plastocianina. Está formado por 5 subunidades: - citocromo f, - citocromo b-563 : con 2 grupos hemo, - centro proteíco de oxidoreducción Fe-S Rieske, - proteína de 17kDa y - polipéptido de 5kDa. FISIOLOGIA VEGETAL - LUIS ROSSI

FISIOLOGIA VEGETAL - LUIS ROSSI FERREDOXINA FISIOLOGIA VEGETAL - LUIS ROSSI

FASE LUMINOSA- ESQUEMA Z ferredoxina 2e- 2e- PQ ADP + Pi NADP+ Cit b - f 2e- 2e- ATP 2hv NADPH + H+ PC 1/2 O2 2hv PS I 2e- H2O PS II 2H+ FOTOFOSFORILACION NO CICLICA FOTOFOSRORILACION CICLICA FISIOLOGIA VEGETAL - LUIS ROSSI

TRANSPORTE DEL PS II AL Cit b/f FISIOLOGIA VEGETAL - LUIS ROSSI

FISIOLOGIA VEGETAL - LUIS ROSSI PLASTOQUINONA FISIOLOGIA VEGETAL - LUIS ROSSI

TRANSPORTE DEL Cit b/f AL PS I FISIOLOGIA VEGETAL - LUIS ROSSI

Acumulación de protones en el lumen del tilacoide FISIOLOGIA VEGETAL - LUIS ROSSI

FISIOLOGIA VEGETAL - LUIS ROSSI FOTOFOSFORILACION FISIOLOGIA VEGETAL - LUIS ROSSI

FOTOFOSFORILACION NO CICLICA FISIOLOGIA VEGETAL - LUIS ROSSI

FOTOFOSFORILACION CICLICA FISIOLOGIA VEGETAL - LUIS ROSSI

FISIOLOGIA VEGETAL - LUIS ROSSI CICLO DE CALVIN CO2 CARBOXILACION RUBISCO REDUCCION ATP NADPH+H+ REGENERACION ATP G3P FISIOLOGIA VEGETAL - LUIS ROSSI

FISIOLOGIA VEGETAL - LUIS ROSSI CICLO DE CALVIN CARBOXILACION 6 CO2 6 RIBULOSA 1,5 BI FOSFATO RUBISCO ATP 12 ACIDO 3 FOSFOGLICERICO REGENERACION NADPH+H+ REDUCCION 10 GLICERALDEHIDA 3 FOSFATO ATP Otras moléculas 12 GLICERALDEHIDA 3 FOSFATO 2 G3P FISIOLOGIA VEGETAL - LUIS ROSSI

FISIOLOGIA VEGETAL - LUIS ROSSI CICLO DE CALVIN FISIOLOGIA VEGETAL - LUIS ROSSI

FISIOLOGIA VEGETAL - LUIS ROSSI RUTAS METABOLICAS FISIOLOGIA VEGETAL - LUIS ROSSI

FISIOLOGIA VEGETAL - LUIS ROSSI RUTAS METABOLICAS FISIOLOGIA VEGETAL - LUIS ROSSI

FISIOLOGIA VEGETAL - LUIS ROSSI FOTORESPIRACION Proceso que se da en las plantas debido a las característica de la RUBISCO de funcionar en una forma diferente a como lo hace durante la Fotosíntesis de acuerdo a la concentración de CO2 que se presenta en el medio, lo que provoca una pérdida del carbono en la forma de CO2, durante los períodos de luz. FISIOLOGIA VEGETAL - LUIS ROSSI

FISIOLOGIA VEGETAL - LUIS ROSSI FOTORESPIRACION Normalmente la RUBISCO actúa como carboxilasa fijando el CO2 (Km=12uM) durante la Carboxilación del C. de Calvin, formando 2 moléculas de A3PG. Sin embargo si existe en el medio una [CO2] y  de [O2] ([ ] atmosféricas de 0.03% para el CO2 y 21% para el O2), la enzima muestra su otra actividad como oxigenasa, fijando O2(Km=250uM), y no fijando CO2, dando lugar a la formación de 1 sóla molécula de A3PG y a 1 molécula de ácido Pglicólico(C2), en la cual se han incorporado los átomos de O2 . FISIOLOGIA VEGETAL - LUIS ROSSI

FOTORESPIRACION Función de la RubP carboxilasa - oxigenasa CH2OP I H-C-OH COOH CH2OP I C=O H-C-OH CH2OP I C-OH II H-C-OH 2 APG H2O CH2OP I H-C-OH COOH CO2 Mg+2 Carboxilasa Mg+2 CH2OP I H-C-OH COOH Oxigenasa O2 1 APG Ribulosa 1-5 bifosfato Forma enólica CH2OP I COOH 1 ác. Pglicólico Ruta del Glicolato FISIOLOGIA VEGETAL - LUIS ROSSI

FISIOLOGIA VEGETAL - LUIS ROSSI FOTORESPIRACION FISIOLOGIA VEGETAL - LUIS ROSSI

ESTRUCTURA DE LA RUBISCO 100Ao 114Ao VISTA LATERAL VISTA SUPERIOR FISIOLOGIA VEGETAL - LUIS ROSSI

FOTOSINTESIS BALANCE DE CARBONOS Para producir 1 molécula de glucosa (C6) se requiere fijar 6 moléculas de CO2 (C1), los cuales se unen a 6 moléculas de Rb1-5 bp(C5) formando durante la etapa de carboxilación 12 moléculas de APG(C3). En la etapa de reducción las 12 moléculas de APG son reducidas a 12 moléculas de G3P(C3); de éstas 2 (C3) salen del Ciclo de Calvin para continuar hacia la formación de la glucosa(C6) y las otras 10 moléculas de G3P(C3) regeneran a las 6 moléculas de Rb 1-5 bp (C5). FISIOLOGIA VEGETAL - LUIS ROSSI

FOTOSINTESIS BALANCE DE ATP Por cada molécula de CO2 que es reducido a azucares se emplean 3 ATP y 2 NADPH+H+. Para la formación de una molécula de hexosa se necesitan 18 ATP y 12 NADPH+H+. Así la ecuación para las plantas C3 será: 6C02 + 18 ATP + 12 NADPH+H+ + 12 H2O C6H12O6 + 18 ADP +12Pi + 12 NADP+ FISIOLOGIA VEGETAL - LUIS ROSSI

FOTOSINTESIS REQUERIMIENTO CUANTICO DE FOTONES: Por transporte no cíclico se requiere la energía de 2 fotones o cuanta para excitar cada uno de los Fotosistemas, requiriéndose en total 4 cuanta. Para la liberación de una molécula de O2 se necesita por lo menos 4 cuanta de luz a nivel del PSII. Para la producción de NADPH+H+ se necesitan 4 cuanta, pero como se necesitan 2 NADPH+H+ por lo tanto se requieren 8 cuanta, lo que determina que sean 8 cuanta los que se necesitan para producir el O2 y 2 NADPH+H+. FISIOLOGIA VEGETAL - LUIS ROSSI

FOTOSINTESIS REQUERIMIENTO CUANTICO DE FOTONES: Según la reacción: 6CO2 + 12H2O CH2O + 6O2 + 6H2O Si la relación de O2 y CO2 es la misma , los cuanta que se han usado para producir el O2 , se habrá utilizado esa energía en fijar el CO2 . Por lo tanto si para fijar 1 CO2 (C1) se han consumido 8 cuanta de luz, para producir 1 molécula de glucosa (C6) se requieren 48 cuanta. FISIOLOGIA VEGETAL - LUIS ROSSI

EFICIENCIA A NIVEL MOLECULAR Para 1 molécula de glucosa se requieren 48 cuanta. Si una mol de cuantas equivale a un cuanto, por lo tanto para una mol de glucosa se requieren 48 cuantos. Cada cuanto de luz roja(680nm) = 42Kcal/mol Una mol de glucosa para ser fotosintetizada requiere la energía de: 48 x 42 = 2016 Kcal. Pero 1 mol de glucosa quemada en el calorímetro produce 672 Kcal. Por lo tanto si 2016 Kcal--------->100% 672 Kcal---------> x x = 33.33 % de máxima eficiencia con un requerimiento mínimo de 48 cuantos. FISIOLOGIA VEGETAL - LUIS ROSSI

EFICIENCIA A NIVEL MOLECULAR En caso de requerirse un > número de moles de fotones (cuantos), la eficiencia será mucho < . Así mismo si la  empleada es mucho menor, como por ejemplo la luz azul, la eficiencia sería de 19.71%, por lo tanto mucho menor. En caso de ser una  comprendida entre 680 y 700 nm ésta no permitiría el funcionamiento del PSII, mientras que  superiores a los 700nm no serían absorbidas por ninguno de los 2 Fotosistemas. FISIOLOGIA VEGETAL - LUIS ROSSI