Fotosintesis

 Luego de finalizado el análisis del
capítulo los estudiantes podrán:
› Mencionar como viaja la luz
› Explicar la función de los pigmentos
fotosintéticos
› Señalar importancia del proceso de
fotosíntesis
› Comparar reacciones dependientes de la
luz con independientes de la luz
› Distinguir entre fotorespiración y ruta C-4
› Explicar proceso de quimiosmosis

Martes, 15 de Mayo de 2012 2

 Las plantas y organismos fotosintéticos
atrapan energía solar y la almacenan en
los enlaces químicos o moléculas
orgánicas que sintetizan a partir de
dióxido de carbono y agua.

 Este proceso se conoce como fotosíntesis.
› Esla forma de alimentación que nutre las
plantas, organismos fotosintéticos, al hombre
y la mayor de los seres vivos sobre la Tierra.

 Autótrofos:
› organismos que se nutren a sí mismos en vista
que son productores o son capaces de
manufacturar su alimento usando CO2 como
fuente de carbono

 Fotoautótrofos: aquellos que usan luz visible
como fuente de energía. Plantas, ciertas
bacterias y protistas caen en esta
categoría

 Heterótrofos:
› organismos que se alimentan de
autótrofos, de otros heterótrofos y de
desechos orgánicos. Son consumidores.
Bacterias, protistas, hongos y animales caen
en esta categoría

Fotosíntesis

• Fotosíntesis es un
proceso donde la
energía solar es
convertida en energía
química(carbohidratos).

Fotosíntesis
• Es un proceso donde el organismo que lo
realiza produce : glúcosa (carbohidrato) y
oxígeno.
• Los organismos que lo pueden llevar acabo
son:
– Plantas
– Algas
– cianobacterias

En que parte de la célula de planta ocurre fotosíntesis?

• Se lleva a cabo en los cloroplastos de las
hojas o de los tallos jóvenes que absorben
energía solar.
• Los cloroplastos son organelos que se
encuentran en el interior de las células
vegetales.
• Dentro de los cloroplastos se encuentra el
pigmento que me permite ver las plantas de
color verde: clorofila.

Cloroplastos
• Orgánelos rodeados por doble membrana.

– Membrana externa
– Membrana interna
– Espacio intermembranoso
– Estroma – Espacio interno lleno de solución
semifluida de naturaleza proteíca.
– Tilacoides – Estructuras en forma de discos
que contienen la clorofila.
– Granas – Conjunto de tilacoides agrupados
unos encima de otros.

• La fotosíntesis ocurre tanto en las granas
como en el estroma.

Estructura de los cloroplastos
• Los cloroplastos están formados por granas y
tilacoides.
• Los tilacoides contienen los pigmentos que
absorben energía del sol.

Células de Elodea sp.

Cloroplastos Pared celular

Propiedades de la luz
• La luz visible forma parte del espectro de
radiación electromagnética del Sol.

• Esta energía radiante viaja en ondas por
el espacio.

• Longitud de onda:
– Distancia entre las crestas de dos ondas
sucesivas y se mide en nm.

• La energía visible esta organizada en
paquetes llamados fotones.

• La energía de un fotón y su longitud de onda
están relacionados.

• Un fotón con menor energía viaja a
longitudes de onda más larga y un fotón con
mayor energía viaja a longitudes de ondas
mas cortas.
– Es inversamente proporcional

• La vía metabólica de la fotosíntesis permite a los
organismos utilizar la energía solar para la
síntesis de moléculas orgánicas a partir de
materia prima inorgánica.

• Solo a luz de 380 a 750 nm sirve para la
fotosíntesis.

Espectro electromagnético
• Luz visible de 380 a 750 nm.

• Las longitudes de onda de la luz
ultravioleta, los rayos x y los rayos gamma
pueden alterar o modificar enlaces
químicos del ADN y otras moléculas
biológicas, lo que envuelve una amenzada
para la vida.

Resumen:Espectro electromagnético
• Luz: viaja en forma de ondas que difieren en: su longitud
o largo de onda y contenido energético.

• Ondas cortas llevan más energía que las ondas largas.
Las ondas largas tienen menos energía.

• Nosotros percibimos la longitud de onda de la luz visible
como colores distintos.

• Espectro electromagnético: muestra todas las longitudes
de onda de la energía.

• La luz también puede viajar en forma de partícula o
paquetes de energía llamados fotones

La luz solar es una mezcla de múltiples
tipos de energía que tienen una amplia
variedad de largos de onda diferentes

Sol


Longitud de onda
Longitud de onda grande: posee menor energía

Longitud de onda pequeña: posee alta energía


Los pigmentos

• Pigmentos: molécula orgánica que
absorbe selectivamente longitudes de
onda especificas de la luz.

• Las longitudes de onda que no se absorben son
reflejadas e imparten el color característico de cada
pigmento.
– Por ejemplo un pigmento que absorbe la luz
violeta, azul y verde, refleja el espectro de luz
visible restante: amarrillo, anaranjado y rojo.

Pigmentos
• La clorofila a es el pigmento más común
en la fotosíntesis.
– Absorbe la luz violeta y roja, de modo que
tiene apariencia verde.

• La mayoría de los organismos emplean
una mezcla de pigmentos fotosintéticos
para llevar acabo el proceso de
fotosíntesis.

Some Pigments in Photosynthesizers

Introducción a la fotosíntesis
• Cloroplasto: organelo especializado para
la fotosíntesis en las plantas y protistas.

• En el estroma (matriz semilíquida) se
encuentra:
– ADN
– Algunos ribosomas
– Tilacoides

• El espacio dentro de los discos (tilacoides) es un
espacio único y continuo.

• La membrana de los tilacoides contiene
fotosistemas: grupo de cientos de pigmentos y
otras moléculas que funcionan como unidad para
iniciar las reacciones de fotosíntesis.

• Los cloroplastos tienen dos fotosistemas:
fotosistema I y fotosistema II

two outer membranes
of chloroplast

stroma

part of thylakoid
membrane system:

thylakoid
compartment,
cutaway view

B Chloroplast structure. No matter how highly folded, its thylakoid
membrane system forms a single, continuous compartment in the stroma.
Fig. 7-5b, p. 111

Introducción a la Fotosíntesis

• Es el proceso principal por la cual el
carbono y la energía entran a la red de la
vida
– En este proceso la energía luminosa es
transformada en energía química

• ¿Dónde ocurre la fotosíntesis?
– Ocurre en el cloroplasto:
• Organelo membranoso especializado para la
fotosíntesis. Está localizado principalmente en las
hoja: principal tejido fotosintético vegetal

• La fotosíntesis es una serie de diversas reacciones que
ocurren en dos etapas.

– Primera etapa: Reacciones dependientes de luz:
• La energía luminosa se convierte en reacciones de
enlaces químicos.
• La coenzima NADP+ acepta electrones e iones de
hidrogeno para transformarse en NADPH.

– Segunda etapa: Reacciones independientes de luz:
• Se utiliza la energía suministrada por el ATP y NADH
• Se sintetiza glucosa y otros carbohidratos a a partir
de dióxido de carbono y agua.

sunlight O2 H2O CO2

CHLOROPLAST

NADPH, ATP
light- light-indepen
dependent NADP+, ADP dent
reactions reactions

sugars

CYTOPLASM

C In chloroplasts, ATP and NADPH form in the light-dependent stage of
photosynthesis, which occurs at the thylakoid membrane. The second
stage, which produces sugars and other carbohydrates, proceeds in the
stroma.
Fig. 7-5c, p. 111

Fases de la fotosíntesis

• La fotosíntesis esta formada por dos fases:
– Fase lúminica:
• Ocurre en los tilacoides

– Fase No lúminica:
• Ocurre en el estroma

Fases de la fotosíntesis:
• Fase lumínica :
Las reacciones de luz
ocurren en los
tilacoides. Aquí se
absorbe luz solar y se
convierte en energía
química. El agua se
fotodescompone
liberando oxígeno O2
y se sintetizan ATP y
NADPH2 .

• Fase no lumínica : Las reacciones de oscuridad
ocurren en el estroma. El CO2 es transformado en
carbohidratos usando el ATP y el NADPH2 de los
tilacoides.

Reducción-oxidación
• La fotosíntesis es un proceso de reducción –
oxidación (REDOX)
– Oxidación – pérdida de electrones en la salida
del átomo de hidrógeno. El átomo está
formado por un proton (H+) y un electrón
– Reducción – ganancia de electrones
• Las moléculas de H2O se rompen y liberan
O2 (son oxidadas)
Martes, 15 de Mayo de 37
2012

Reducción-oxidación

• El CO2 se reduce a carbohidratos, ganando
electrones y H+ en el proceso
• La reducción y la oxidación van unidas:

2012

Resumen de las reacciones de fotosíntesis

Reacciones dependientes de luz Reacciones para la fijación de
(tilacoides) carbono (estroma)

ATP

Reacciones ADP
Ciclo de Calvin
Dependiente de luz Benson
NADPH

NADP+ Cloroplasto

H2O O2 CO2 Carbohidratos

2012

Clorofila
• Pigmento principal para la fotosíntesis
• Estructura química:
– Contiene anillo de porfirina con átomos de C, N
y un átomo de Mg central
– Tiene una cola hidrofóbica que la sostiene
sobre las membranas del tilacoide
• Clorofila a: inicia reacciones dependientes de la luz,
posee radical CH3
• Clorofila b: en posición del tiene grupo carboxilo (–
COOH)

2012

Pigmentos accesorios
• Son moléculas orgánicas que son energetizadas en
presencia de ciertos largos de onda del espectro
electromagnético.

• No son pigmentos fotosintéticos, pero trabajan en
conjunto con la clorofila ya que absorben largos de
ondas que la clorofila no hace: las zonas
azul-violeta y azul-verde, y trasfieren esa energía a
las moléculas de clorofila

– Carotenoides: es un hidrocarburo liposoluble de
color amarillo-anaranjado
– Otros ejemplos:
Martes, 15xantofilas, antocianinas, ficobilinas y
de Mayo de 42
2012
ficoeritrinas

Fotosistemas

• Los pigmentos fotosintéticos y accesorios
están organizados en grupos llamados
fotosistemas
– Hay alrededor de 200 a 300 moléculas por cada
fotosistema

2012

Fotosistemas
• Se ha identificado 2 fotosistemas diferentes
– P700 – Fotosistema I, es cíclico
• En el centro tiene un par de moléculas especiales de
clorofila a
• (absorbe energía con longitud de onda de 700)

– P680 – Fotosistema II, no es cíclico
• En el centro tiene un par de moléculas especiales de
clorofíla a
• (absorbe energía con longitud de onda de 680)

2012

Fotosistemas
Complejo de la Composición del
ruptura de agua tilacoide
H2O 2H +
1/2O2
P680 P700
Conjunto de
Aceptador transportadores Aceptador
de electrones

FOTOSISTEMA II FOTOSISTEMA I
Estroma

Representación de la membrana del tilacoide del cloroplasto

2012

Reacciones dependientes de luz
• Es la primera etapa de la fotosíntesis

• Es impulsada por la luz

• Constituye dos vías: vía cíclica, vía no cíclica
– En ambas vías se transforma energía luminosa e
forma de a energía en forma de ATP.
– La vía no ciclica es la principal en los cloroplastos
• Da lugar a NADPH , O2 , y ATP

Cyclic and Noncyclic Pathways

 Electrons from photosystems take noncyclic or
cyclic pathways, forming ATP

¿Qué ocurre con la energía absorbida?
• Una vez un pigmento absorbe fotones, algunos de los electrones
de esta molécula pasan a un nivel de energía más alto

• Una vez regresan al nivel de energía original (que es
menor), emiten la energía adicional en forma de energía
fluorescente

• Los grupos funcionales de los pigmentos que se encuentran en la
membrana tilacoide impiden que esta energía escape

• Se lleva a cabo una transferencia de energía, de forma
aleatoria, a alguna otra molécula de pigmento

• Estas transferencias continúan al azar y de pigmento a pigmento
sucesivamente
2012

• El fotosistema puede donar electrones a la cadena de
transporte de electrones, pero luego necesita
reemplazarlos.

• El fotosistema II obtiene más electrones atrayéndolos de
las moléculas de agua.
Fotolisis: proceso por el cual una molécula de agua
se disocia en oxigeno e iones de hidrógeno.

• Las moléculas de agua se disocian en iones de hidrogeno
y oxígeno molecular que sale de la célula.

• Cuando el fotosistema absorbe energía, los electrones
se desprenden del par de clorofila a presente en el
centro de los fotosistemas.

• Estos electrones entran en la cadena de
transferencia de electrones presente en la
membrana tilacoide.

• La energía luminosa se trasforma en energía química
en forma de ATP cuando el fotosistema dona
electrones a la cadena de trasporte de electrones.

Fotosistema II
• A través de una serie de reacciones redox los
electrones pasan de una molécula de la cadena de
trasporte de electrones a la siguiente.

• En cada transferencia los electrones liberan un poco
de energía.

• Esta energía libertad es utilizada por las moléculas
de la cadena de transferencia de electrones para
impulsar iones de hidrógeno (H+) a través de la
membrana del tilacoide (desde el estroma hasta la grana).
– Se mantiene un gradiente de concentración de iones de H
a través de la membrana tilacoide.

Fotosistema II
• El gradiente de iones de hidrógeno a través de la
membrana impulsa de regreso los iones de hidrógeno
de regreso al estroma.

• Pero para atravesar la bicapa de la membrana del
tilacoide estos iones necesitan la ayuda de una
proteína transportadora: ATP sintasa

• El gradiente de iones a través de esta proteína de
transporte, impulsa que en el estroma se forme ATP
(union de ADP + fosfato)

Fotosistema I
• Después que los electrones se desplazan por la
cadena de transporte de electrones, son aceptados
por el fotosistema I.

• El fotosistema I, también absorbe energía
(reacciones dependientes de luz) y los electrones se
desprenden de su par de clorofilas.

• Los electrones entran en una segunda cadena de
transporte de electrones.

• Al final de esta cadena NADP acepta los electrones
junto con H+ y se forma NADPH

Vía cíclica y Vía no Cíclica

• EL ATP siempre continua formándose (vía
cíclica), siempre que continúe un flujo de
electrones por la cadena de transporte de
membrana del tilacoide.

• Sin embargo cuando el NADPH no se esta
utilizando, se acumula en el estroma y la vía se
puede detener (vía no ciclica)

Vía cíclica y Vía no Cíclica
• En la vía no cíclica, los electrones fluyen de las
moléculas de agua a través de dos fotosistemas y
dos cadenas de transferencia de electrones y
terminan siendo aceptados por la coenzima
NADPH. En esta vía se libera oxigeno y se forma
ATP.

• En la vía cíclica, los electrones perdidos por el
fotosistema I regresan e el después por una cadena
de transferencia de electrones. (Se sigue realizando
de manera independiente en los fotosistemas I)
– Se forma ATP
– No se forma NAPH , ni se libera oxígeno

Ruta cíclica del Fotosistema I
Aceptador de
electrones
Cadena de
transporte
de electrones
e-

e-

P 700

e-

2012

The Light-Dependent Reactions of Photosynthesis to second stage of
reactions
ATP
synthase
light energy NADPH ATP
light energy ADP + Pi
electron
photosystem II transfer chain photosystem I

NADP+

thylakoid
compartment

stroma
A Light energy drives C Electrons from E Light energy drives G Hydrogen ions in the
electrons out of photosystem II enter an electrons out of thylakoid compartment
photosystem II. electron transfer chain. photosystem I, which are propelled through the
accepts replacement interior of ATP synthases
B Photosystem II pulls D Energy lost by the electrons from electron by their gradient across
replacement electrons electrons as they transfer chains. the thylakoid membrane.
from water move through the
molecules, which chain causes H+ to F Electrons from H H+ ﬂow causes the ATP
dissociate into oxygen be pumped from photosystem I move synthases to attach
and hydrogen ions the stroma into through a second phosphate to ADP, so
(photolysis). The the thylakoid electron transfer ATP forms in the stroma.
oxygen leaves the cell compartment. An H+ chain, then combine
as O2. gradient forms across with NADP+ and H+.
the membrane. NADPH forms.
Fig. 7-8, p. 113

Fotosistema II
Sol Compartimiento tilacoidal

H2O
Segunda cadena
Fotólisis de transporte de
e– electrones

e–
ATP sintetasa
Primera cadena de NADP+ NADPH
transporte de
electrones ATP
FOTOSISTEMA II PHOTOSYSTEMA I ADP + Pi
ESTROMA

2012

Los dos fotosistemas en acción
Segunda cadena
Potencial para transferir energía (voltios)
de transporte de
electrones

e– NADPH

Primera
e–
e– cadena de
transporte de
electrones

e– Fotosistema I

Fotosistema II

H2O 1/2 O2 + 2H+

2012

Energy Flow in
Light-Dependent Reactions

Resumen : Reacciones
dependientes de luz

Reacciones Luminosas
• La energía de un fotón es atrapada por el
fotosistema II y provoca la fotólisis del H2O
• Los electrones que resultan de esta reacción son
acarreados por el sistema de transporte de e-
– El sistema de transporte de e- consiste de una serie de
enzimas y proteínas unidas a la membrana del
tilacoide
– Transfiere los e- de una proteína a otra y en el proceso
se libera energía de manera controlada
– La energía es utilizada para transportar H+ del
estroma al tilacoide en contra de un gradiente de
concentración

Reacciones Luminosas

• La energía del gradiente de H+ es utilizada por la
ATP sintetasa para fosforilar ADP con un Pi
produciendo ATP (fotofosforilación)
• Los e- llegan al fotosistema I donde un fotón los
vuelve a excitar y son aceptados por otro aceptador
primario de e-
• Los e- vuelven a ser acarreados por otro sistema de
transporte de e- hasta ser aceptados por NADP+
produciendo NADPH

Quimioosmosis
• La energía liberada durante el transporte de
electrones es utilizada para transportar H+
del estroma a la membrana del tilacoide
• El gradiente de H+ que se forma provee la
energía necesaria para sintetizar ATP a
partir de ADP y Pi

ATP Sintetasa

• Utiliza la energía del gradiente de
H+ para sintetizar ATP

Reacciones no dependientes de luz

Ciclo de Calvin Benson

Ciclo de Calvin Benson – C3
 El primer paso es:
• La fijación del CO2
• Esto se lleva a cabo a través de una enzima que une
el CO2 con bifosfato de ribulosa (RuBP) que es una
pentosa o azúcar de cinco (5) carbonos. Una vez
se unen se forma un compuesto inestable de 6
carbonos
• La enzima principal de este primer paso es la
ribulosa bifosfato carboxilasa (Rubisco)
Fijación de
carbono (CO2)
6 CO2
Intermediario inestable
6 RuBP 6

Martes, 15 de Mayo69
de

Continuación – Ciclo Calvin Benson
o C3
 Luego cada molécula del compuesto inestable se
divide en dos moléculas de 3 carbonos: PGA
(fosfoglicerato)
12 PGA OOO
 El PGA acepta un grupo fosfato del
ATP, electrones e hidrógenos de
NADPH, formando PGAL (fosfogliceraldehído)
12 PGAL OOO
• Recuerde que ahora el ATP es ADP y NADPH es
NADP

2012

Continuación – Ciclo Calvin
Benson o C3
 Dos PGLA se combinan con un grupo fosfato y
forman una azúcar fosfatada de seis carbonos
 Los restantes PGAL diez (10) se reorganizan en
presencia de 6 ATP’s para formar nuevamente
el RuBP y que el ciclo inicie nuevamente
 En este caso el ciclo debe dar seis vueltas para
fijar las seis moléculas de carbono que necesita
la fotosíntesis para formar una molécula de
azucares como la glucosa o la fructosa
• En el caso de la glucosa, ésta se polimeriza en
almidón
 6CO2 +12 H2O  C6H12O6 +6O2 +6H2O
2012

FIJACIÓN
6 CO2 DE
CARBONO
6
6 Intermediario inestable
RuBP

12
PGA
6 ADP
CICLO DE
CALVIN 12 ATP
6 ATP BENSON O
RUTA C3 12 NADPH
4 Pi 12 ADP
12 Pi
10 12 NADP+
PGAL 12
PGAL
2
PGAL
Pi

P
P
Glucosa

Ciclo de Calvin-Benson
(dos vueltas por cada glucosa producida)

Tipos de Fotosíntesis
• Dependiendo del tipo de condiciones
medioambientales las plantas pueden realizar
el proceso de fotosíntesis mediante 3 tipos
diferentes:
– C3
• Tomate

– C4
• Caña de azucar

– CAM
• Cactus

Plantas C3
• Las plantas C3 son las más comunes y las
más ampliamente distribuidas.
• Algunas de ellas son la avena y tomate.
• En un día seco, una planta C3 cierra sus
estomas (los poros de la superficie de la
hoja).

• Ésto reduce la velocidad de la fotosíntesis.

Fotorrespiración
• El cierre de los estomas es una adaptación
que reduce la pérdida de agua, pero también
impide la entrada de CO2 a la hoja y la
salida de O2.
• Como resultado, los niveles de CO2 en la
hoja pueden volverse muy bajos, mientras
que se acumula el O2 producto de las
reacciones lumínicas..

Plantas C4

• Poseen adaptaciones especiales para almacenar
agua y así prevenir la fotorrespiración.

• Cuando el clima se vuelve cálido y seco, una
planta C4 mantiene cerrados los estomas la
mayor parte del tiempo, conservando así el agua.

• Al mismo tiempo, continúa fabricando azúcares
por medio de la fotosíntesis.

Plantas C4

• La planta puede continuar con la fijación de
carbono aún cuando la concentración de CO2 en la
hoja es mucho más bajo que la concentración de
O2.

• Algunas de estas plantas son la caña de
azucar, maíz, bambú.

Plantas CAM
• Conservan el agua al abrir sus estomas e
incorporar CO2 sólo por la noche. Cuando
el CO2 entra en la hoja es almacenado.

• El CO2 almacenado es liberado al ciclo de
Calvin durante el día.

• Esto mantiene la fotosíntesis funcionando
durante el día, aun cuando la hoja no admita
más CO2.

Plantas CAM
• CAM es la abreviatura para metabolismo ácido
de las crasuláceas, por la familia de las plantas
Crasulaceae (uñas de gato y otras), en las que
fue descubierta por primera vez esta importante
adaptación para el ahorro de agua.
• Este modo de fijación de carbono y de
conservación de agua ha evolucionado en las
piñas, muchos cactus y la mayoría de las
plantas suculentas (aquellas con tejidos muy
jugosos), tales como las arborescentes.

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