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Fotosíntesis.

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Presentación del tema: "Fotosíntesis."— Transcripción de la presentación:

1 Fotosíntesis

2 La fotosíntesis es la transformación de la luz (energía electromagnética) en energía química (Mayer 1842) La fotosíntesis permite la vida en la Tierra tal como la conocemos Los organismos fotosintéticos fijan aprox ton de C/año La FS permite también la fijación de N

3 Ciclo del carbono

4 Línea del tiempo en el estudio de la FS
BC. Los griegos pensaban que las plantas tomaban su materia de la tierra 1648. van Helmont planta un sauce en una maceta. El peso de la tierra casi no se modifica. 1727. S. Sales propone que del aire también se extrae materia. 1774. J. Priestley sugiere que las plantas liberan un gas que permite arder a las velas.al que identifica como oxígeno. 1779. Jan Ingenhousz agrega que el poder purificador se debe a la luz y las partes verdes. 1782. Jean Senebier. El CO2 es el gas incorporado por la FS. 1804. N. de Saussure dice que el peso de la materia orgánica producida es mayor que el CO2 captado, debe haber algo más que se incorpora. 1842. Mayer defina a la FS. Van Helmont: el peso ganado es por el agua. Stephen Hales ( 17 de septiembre de 1677 – 4 de enero de 1761) fue un clérigo inglés que hizo importantes contribuciones en varios campos científicos como la medicina, fisiología, química , y botánica. Hales estudió el papel del aire y el agua en el mantenimiento de la vida animal y vegetal. Dio los primeros registros del movimiento del agua en las plantas y demostró que las plantas absorben aire. Hales descubrió los peligros de respirar aire viciado e inventó un ventilador que mejoraba los índices de supervivencia de los trabajadores de barcos, hospitales y prisiones. También se le reputa avances en los sistemas de recolección de gases.

5 ¿Dónde ocurre la fotosíntesis?
En el citosol de los organismos fotosintéticos procariotas En los cloroplastos de los organismos fotosintéticos eucariotas

6 Cianobacterias 1. membrana celular 2. pared celular (gram (-)
3. cápsula 4. capa mucoide 5. membranas tilacoides apareadas, con ficobilisomas 6. Gránulos de cianoficina 7. nucleoide 8. carboxisomas (estructuras que contienen 5-6 proteins que encapsulan a la RuBisCO 9. ribosomas 70s  10. citoplasma

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8 Los cloroplastos: organelas fotosintéticas

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11 Los cloroplastos y las células de organismos FS procariotas transforman la radiación electromagnética en energía química: ¿Qué radiación?

12 Espectro electromagnético y luz visible
Rayos gamma Rayos X Luz UV Luz visible Micro ondas Ondas de radio Las plantas utilizan el espectro visible para hacer FS.

13 ¿Porqué son verdes las plantas?
Las diferentes longitudes de onda son percibidas por el ojo como diferentes colores Rayos Gamma Micro- ondas Ondas de radio Rayos X UV Infrarrojo Luz visible Long. de onda (nm)

14 ¿Porqué son verdes las plantas?
Luz reflejada Luz transmitida

15 ¿Porqué son verdes las plantas?
Las plantas poseen cloroplastos verdes La membrana tilacoides del cloroplasto está llena de pigmentos fotosintéticos (clorofilas, carotenoides).

16 El color de la luz que vemos es lo que no se absorbe
Luz reflejada Luz incidente Luz absorbida Luz transmitida Cloroplasto

17 Clorofilas a y b Metilo en Chl a CHO en Chl b e- deslocalizados
en anillo de porfirina Fitol Fitol

18 Bacterioclorofila Clorofila a

19 ß-caroteno (rojos, naranjas o amarillos)
Xantofila (naranja, amarillo) Feofotina (pardo)

20 Ficocianobilina (cianobacterias) Ficoeritrobilina (rodófitas)

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22 ¿Porqué tantos pigmentos?

23 Los diferentes pigmentos absorben luz de manera diferente
Espectro de absorción Espectro de acción de fotosíntesis Clorofila b Abosrción Clorofila a Veloc. Relativa de FS ß-caroteno Long. de onda (nm)

24 Los organismos FS están adaptados para recoger gran parte del espectro solar
Espectro solar fuera de la atmósfera Espectro solar a nivel del mar Intensidad de Flujo Infrarrojo

25 Las reacciones luminosas

26 Van Niel (1931) Ecuación de van Niel para bact. FS verdes luz CO2 + 2 H2S  (CH2O) + 2 S + H2O luz Ecuación general de van Niel CO2 + 2 H2A  (CH2O) + 2 A + H2O

27 El metabolismo fotosintético
Las reacciones dep. de la luz convierten la luz en energía química Producen ATP y NADPH Luz Cloroplasto NADP ADP + P Ciclo de Calvin y Benson Las recciones independientes (oscuras) producen hidratos de carbono Se utiliza ATP como dador de energía Se utiliza NADPH para reducir al CO2 Reaciones luminosas H de C

28 La organización del aparato fotosintético.
Complejos de proteínas, pigmentos y transportadores: fotosistemas Transportadores no asociados a proteínas en membrana: quinonas Transportadores en el lumen y en el estroma Complejo de síntesis de ATP

29 La organización del aparato fotosintético.

30 La organización del aparato fotosintético.
Complejos de proteínas, pigmentos y transportadores Transportadores libres en membrana Complejo de síntesis de ATP

31 Las reacciones luminosas
Las reacciones luminosas sintetizan ATP y NADPH mediante un transporte de electrones Los electrones provienen de la escisión del agua. Su destino final es la reducción del NADP a NADPH. El transporte y la fotólisis del agua generan un gradiente de H+ a través de la membrana tilacoides, que es la fuerza impulsora de la síntesis de ATP

32 Los transportadores de electrones se organizan según su potencial de reducción

33 Las reacciones luminosas
1. Inicio del transp. de electrones y fotólisis del agua La clorofila excitada puede donar electrones. Los electrones del anillo de la porfirina se deslocalizan, forman parte de un único gran orbital

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35 Transferencia de un excitón
Estados excitados Energía Moléculas de pigmentos antena Clorofila del centro de reacción

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37 Organización de los pigmentos: los fotosistemas

38 Organización de los pigmentos: los fotosistemas
PS II: > 25 proteínas 9 componentes redox, de los cuales 5 están involucrados en la transferencia de electrones desde el agua a una quinona: el compl. de Mn, una Tyr, el P680, la feofitina y una quinona 60 a 200 molc. de Clf 1 par especial

39

40 P680 + + Tyr  P680 + Tyr+ Tyr+ + Mn0  Tyr + Mn+1
La excitación del PS II crea un hueco electrónico que es llenado por otros componentes del PS II. Una Tyr de una proteína del complejo de escición del agua repone inicialmente el electrón al P680+ El núcleo de 4 átomos de Mn repone en forma secuencial el electrón a la Tyr El núcleo de Mn repone sus 4 electrones desde el H2O P Tyr  P680 + Tyr+ Tyr+ + Mn0  Tyr + Mn+1 Tyr+ + Mn+3  Tyr + Mn+4

41 La excitación del PS II crea un hueco electrónico que es llenado por otros componentes del PS II.
Una Tyr de una proteína del complejo de escición del agua repone inicialmente el electrón al P680+ El núcleo de 4 átomos de Mn repone en forma secuencial el electrón a la Tyr El núcleo de Mn repone sus 4 electrones desde el H2O 2 H2O O2 Luz S0 S1 S2 S3 S4 e-

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43 La fotólisis del agua provee 4 electrones y 4 protones se liberan al lumen.
2 H2O  O2 + 4 H+ + 4 e- Fotosistema II

44 Una serie de recciones internas al FS II conduce al electrón hacia la PQ.
Lumen Estroma

45 La PQ puede aceptar de a 1 electrón para reducirse totalmente.
Quinona Semiquinona Quinol La reducción de plastoquinona conlleva la toma de protones desde el lumen.

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47 La PQ dona su electrón al complejo b6f
b6f es un complejo de 7 subunidades: cit b6 (2 hemos) cit c (1 hemo c) SU IV Prot ferrosulfurada de Rieske (2Fe-2S) Este complejo transporta electrones al lumen.

48 El ciclo Q fotosintético
Primera mitad del ciclo Segunda mitad del ciclo

49 Plastocianina: transportador soluble del lumen
PC: monómero de Da 1 átomo de cobre

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51 El FS I: segunda elevación energética de electrones
El FS I produce una separación de carga entre el P700 y una clorofila. La energía es mayor que en caso del FS II.

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53 Transferencia de los electrones al NADP+
El FS I de cianobacterias es un trímero, cada una de las unidades funcionales tiene 11 subunidades que coordinan + de 100 cofactores. En eucariotas al menos 13 SU y 127 cofactores. El centro de reacción contiene 6 Chl a y 2 filoquinonas (K1). El dador primario, P700, son 2 Chl a (A1 y B1) La ferredoxina actúa como dador de electrones al NADP. Es una pequeña proteína de PM

54 FNR 2 Fdred + NADP + + H+ 2 Fd ox + NADPH

55

56 Transporte cíclico de electrones

57

58 La distribución de los complejos es asimétrica
Cit b6f ATP sintasa Fotosistema I LHC II Estroma Estroma Fotosistema I Membranas apiladas (grana) Membranas no apiladas (lámina)

59 Membrana tilacoide Proteina kinasa Proteina fosfatasa Apilada (Grana) No apilada (Lámina)

60 Fotofosforilación

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62 O T L T O L T O L T O L T O L O O


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