6. Fotosíntesis
Proceso en virtud del cual los organismos
autótrofos, capturan energía en forma de luz
y la transforman en energía química.
Prácticamente toda la energía que consume
la vida de la biósfera terrestre —la zona del
planeta en la cual hay vida— procede de la
fotosíntesis.
7. Fotosíntesis
LA REACCIÓN GENERAL SE PUEDE
RESUMIR DE ESTA MANERA:
6 CO2 + 6 H2O + luz C6H12O6 + 6 O2
La fotosíntesis, ¿es una reacción exergónica o
endergónica?
enzimas
clorofila
9. Fotosíntesis
Proceso en virtud del cual los organismos
autótrofos, capturan energía en forma de luz
y la transforman en energía química.
Prácticamente toda la energía que consume
la vida de la biósfera terrestre —la zona del
planeta en la cual hay vida— procede de la
fotosíntesis.
11. Fotosíntesis
EN LA FOTOSÍNTESIS
La luz solar es la fuente de energía que
atrapa la clorofila, un pigmento verde en
las células que los autótrofos utilizan para
la fotosíntesis.
El bióxido de carbono y el agua son las
materias primas.
Las enzimas y las coenzimas controlan la
síntesis de glucosa, a partir de las
materias primas.
12. Fotosíntesis
LA LUZ
Y LOS PIGMENTOS
La luz es una forma de
energía radiante.
La energía radiante es
energía que se propaga en
ondas.
Hay varias formas de
energía radiante (ondas de
radio, infrarrojas, ultravioletas,
rayos X, etc.).
Para sintetizar alimento, se
usan únicamente las ondas
de luz.
13. Fotosíntesis
Cuando la luz choca con la materia, parte de
la energía de la luz se absorbe y se convierte
en otras formas de energía.
Cuando en una célula la luz del sol choca con
las moléculas de clorofila, la clorofila absorbe
alguna de la energía de luz que,
eventualmente, se convierte en energía
química y se almacena en las moléculas de
glucosa que se producen.
14. Fotosíntesis
Cuando un rayo de luz pasa a través de un prisma, se
rompe en colores. Los colores constituyen el espectro
visible.
15. Fotosíntesis
Los colores del espectro que el pigmento clorofila
absorbe mejor son el violeta, el azul y el rojo.
¿Por qué la clorofila es verde?
16. Fotosíntesis
CLASES DE
CLOROFILA
Hay varias clases de
clorofila, las cuales,
generalmente se
designan como a, b, c y d.
Algunas bacterias poseen
una clase de clorofila que
no está en las plantas ni
en las algas.
Sin embargo, todas las
moléculas de clorofila
contienen el elemento
magnesio (Mg).
17. Fotosíntesis
PIGMENTOS
Los autótrofos también poseen unos
pigmentos llamados carotenoides que
pueden ser de color anaranjado, amarillo o
rojo.
El color verde de la clorofila generalmente
enmascara estos pigmentos. Los cuales, sin
embargo, se pueden ver en las hojas durante
el otoño, cuando disminuye la cantidad de
clorofila.
Los carotenoides también absorben luz pero
son menos importantes que la clorofila en
20. Fotosíntesis
Fase luminosa
(fotoquimica o reacción de hill) reacciones
fotodependientes que ocurren en la membrana
de los tilacoides
Fase oscura
(quimiosintética o ciclode Calvin-Benson-
Basham) reacciones fotoindependientes que
ocurren a nivel del estroma
FASES DE LA
FOTOSÍNTESI
S
22. Fotosíntesis
REACCIONES DEPENDIENTES DE LUZ
Ocurren en las granas de los cloroplastos:
1. La clorofila y otras moléculas de pigmento
presentes en las granas del cloroplasto
absorben la energía de luz.
2. Esto aumenta la energía de ciertos
electrones en las moléculas de los
pigmentos activándolos. Esto los lleva a
un nivel de energía más alto. A medida que
los electrones de los pígmentos llegan a
un nivel de energía más bajo, liberan
energía.
23. Fotosíntesis
3. Los electrones regresan a un nivel de energía más bajo al
pasar por una cadena de transporte de electrones, en forma
muy parecida a lo que ocurre en la respiración celular. En el
proceso de liberación de energía de los electrones, se
produce ATP. En otras palabras, la energía de los elctrones
se convierte en energía utilizable en los cloroplastos. El ATP
que se produce en las reacciones dependientes de luz se
utiliza en las reacciones de oscuridad.
27. Fotosíntesis
GENERALIDADES
En general se puede decir que el
proceso fotosintético global esta
compuesto de tres procesos
principales.
• Absorción de fotones por
los pigmentos (PS I, PS II).
• Producción de NADPH Y
ATP.
• Ciclo de Calvin.
28. Fotosíntesis
ABSORCIÓN DE FOTONES.
Todo inicia en el PS II.
Cada “quantum” de
energía absorbido por la
clorofila es conducido
hasta el centro de
reacción del
fotosistema.
En él se eleva la
energía de un electrón
pasando de un estado
basal a uno excitado. Molécula de clorofila
con pico de absorción
de 680 nm (P680).
29. Fotosíntesis
Y QUÉ PASA CON ESA
ENERGÍA.
La absorción de luz de onda corta excita a la clorofila mucho
más que la luz roja, sin embargo la luz roja lo hace también
de manera considerable.
Y puede haber tres maneras de hacerlo.
Esta se vuelve muy
inestable y pasa esta
energía a los alrededores.
• Transfiriendo un electrón de
alta energía.
• Liberando calor.
• Emitiendo un fotón de baja
energía (Fluorescencia).
-e
30. Fotosíntesis
TRANSPORTE DEL
ELECTRÓN.
Cadena de transporte de
electrones.
El electrón debe ser aportado
por el agua (fotolisis).
Al pasar por la cadena de
trasporte de electrones se
libera energía que genera una
fuerza motriz que bombea
protones.
El lumen del tilacoide se vuelve
ácido.
Se crea un gradiente de
protones que se usa para
formar ATP (fotofosforilación).
• Plastoquinonas.
• Citocromos.
31. Fotosíntesis
FOTOSISTEMA II.
El PSII es un complejo similar
el PSI.
Sin embargo el centro de
reacción tiene un pico de
absorción a 700 nm (P700).
De igual manera, las moléculas
antenas recogen los fotones y
transfieren la energía al centro
de reacción.
32. Fotosíntesis
FOTOSISTEMA II.
Esta energía es pasada al electrón que viene a través del
citocromo.
El electrón cargado pasa por un complejo de federroxinas hasta
llegar al NADP y reducirlo a NADPH.
36. Fotosíntesis
CICLO DE CALVIN.
Conocido como fase oscura de la
fotosintesis.
Ocurre en el estroma del cloroplasto.
Ribulosa 1,5-bifosfato carboxilasa
oxigenasa (Rubisco).
CO2.
Ribulosa 1,5-bifosfato.
37. Fotosíntesis
FASE OSCURA O CICLO DE CALVIN
La rubisco capta CO2.
Luego la Rubisco carboxila al
RuBP y genera ac. Fosfoglicérico
(PGA).
Con el consumo de ATP y
NADPH el PGA se transforma en
fosfogliceraldehido.
Parte de este (1/6) es trasportado
al citoplasma.
El resto sigue en el ciclo para
regenerar Ribulosa bifosfato.
38. Fotosíntesis
ENERGÍA DISPONIBLE
PARA LAS FUNCIONES
CELULARES
ENERGÍA DEL SOL
FOTOSÍNTESIS
PRODUCCIÓN DE
OXIGENO Y GLUCOSA
NECESIDAD DE
AGUA Y CO2
LIBERACIÓN DE
AGUA Y CO2
RESPIRACIÓN
CELULAR
NECESIDAD DE
OXÍGENO Y GLUCOSA
CIRCULACIÓN GENERAL DE LA
ENERGÍA EN LOS SERES VIVOS
40. Fotosíntesis
Fotosistema I
Fotosistema II Fotosistema I
e-
e-
e-
H2O
O2
H
+
H
+
+
Fotón
e-
e-
ADP +Pi ATP
Fotón
e-
Fotón
e-
ADP +Pi
ATP
e-
e-
NADP+
H
+
H
++
+H
+
NADPH
Cadena de
transporte
electrónico
Cadena de
transporte
electrónico
FLUJO DE ELECTRONES NO CÍCLICO
FLUJO DE ELECTRONES CÍCLICO
FASE LUMINICA
41. Fotosíntesis
Fotosistema I
Fotosistema II
Fotosistema I
e-
e-
e-
H2O
O2
H
+
H
+
+
Fotón
e-
e-
ADP+ Pi ATP
Fotón
e-
Fotón
e-
ADP+ Pi
ATP
e-
e-
NADP+
H
+
H
+
+
+ H
+
NADPH
Cadena de
transporte
electrónico
Cadena de
transporte
electrónico
FLUJO DE ELECTRONES NO CÍCLICO
FLUJO DE ELECTRONES CÍCLICO
3 x ATP
3 x ADP
FASE LUMINICA
42. Fotosíntesis
REGENERACIÓN DEL
RECEPTOR DEL CO2
FIJACIÓN DEL CO2
REDUCCIÓN
NADP+
H
+
H
++ +H
+
NADPH
3 x CO2
P
1 x gliceraldehido 3-fosfato
+H
+
6 x NADPH
3 x ATP
6 X ATP
3 x ADP
6 x ADP
6 x Pi
6 x NADP
GLUCOSA Y
OTROS
COMPUESTOS
ORGÁNICOS
FASE OSCURA
CICLO DE CALVIN
6 x 1,3-bifosfoglicerato
PP
6 x gliceraldehido 3-fosfato
P
6 x 3-fosfoglicerato
P
3 x ribulosa 1,5 bifosfato
P P
5 x gliceraldehido 3-fosfato
P
43. Fotosíntesis
REGENERACIÓN DEL
RECEPTOR DEL CO2
FIJACIÓN DEL CO2
REDUCCIÓN
3 x CO2
P
1 x gliceraldehido 3-fosfato
+H
+
6 x NADPH
3 x ATP
6 X ATP
3 x ADP
6 x ADP
6 x Pi
6 x NADP
GLUCOSA Y
OTROS
COMPUESTOS
ORGÁNICOS
FASE OSCURA
CICLO DE CALVIN
6 x 1,3-bifosfoglicerato
PP
6 x gliceraldehido 3-fosfato
P
6 x 3-fosfoglicerato
P
3 x ribulosa 1,5 bifosfato
P P
5 x gliceraldehido 3-fosfato
P
44. Fotosíntesis
REGENERACIÓN DEL
RECEPTOR DEL CO2
FIJACIÓN DEL CO2
REDUCCIÓN
Fotosistema I
Fotosistema II Fotosistema I
e-
e-
e-
H2O
O2
H
+
H
+
+
Fotón
e-
e-
ADP +Pi ATP
Fotón
e-
Fotón
e-
ADP +Pi
ATP
e-
e-
NADP+
H
+
H
++
+H
+
NADPH
Cadena de
transporte
electrónico
Cadena de
transporte
electrónico
FLUJO DE ELECTRONES NO CÍCLICO
FLUJO DE ELECTRONES CÍCLICO
3 x CO2
P
1 x gliceraldehido 3-fosfato
+H
+
6 x NADPH
3 x ATP
6 X ATP
3 x ADP
6 x ADP
6 x Pi
6 x NADP
GLUCOSA Y
OTROS
COMPUESTOS
ORGÁNICOS
FASE OSCURA - CICLO DE CALVIN
6 x 1,3-bifosfoglicerato
PP
6 x gliceraldehido 3-fosfato
P
6 x 3-fosfoglicerato
P
3 x ribulosa 1,5 bifosfato
P P
5 x gliceraldehido 3-fosfato
P
FASE LUMINICA
46. Fotosíntesis
El balance de carboxilación/oxidación.
La Rubisco tiene mayor afinidad por el CO2 que por el O2.
En igualdad de concentraciones la enzima favorece la vía
de Calvin más que la fotorespiración.
La concentración de oxígeno en la atmósfera es de 21% y
la de dióxido de carbono de 0,03 %. Por lo tanto, la
fotorespiración es alta.
Conforme la temperatura incrementa la relación entre CO2
y O2 cambia y se favorece la proporción de oxígeno. Por lo
tanto, la fotorespiración aumenta. A altas temperaturas la
RUBISCO incrementa su capacidad de oxigenación.
• Cinética de la RUBISCO.
• Concentración de sustratos (CO2 y O2).
• Temperatura.
48. Fotosíntesis
POSIBLES VENTAJAS
Lleva a la formación de aminoácidos y otros compuestos nitrogenados
esenciales para las plantas. Entre ellos: Glicina, Serina, Acido
glutámico, Glutamina, Cetoglutarato, Hidroxipiruvato, Amonio.
Muchas plantas cierran los estomas a medio día y al disminuir el CO2
intracelular se puede disipar el exceso de ATP formado por la alta
intensidad de las reacciones lumínicas. Esto puede evitar daños al
aparato fotosintético.
Podría evitar el exceso de carbohidratos producidos cuando existen
condiciones propicias para la fotosíntesis.
49. Fotosíntesis
SUMINISTRO Y
DEMANDA DE CO2.
La tasa de asimilación de carbono fotosintético depende del
suministro y demanda del CO2.
• El suministro de CO2 hasta los cloroplastos esta
determinado en general por la difusión del gas.
• Por supuesto, este flujo puede ser afectado en cualquier
punto a través de la ruta que va desde el aire alrededor
de la hoja hasta los sitios propios de carboxilación.
• Concentración de CO2.
• Resistencia de la Vía.
•Conductancia.
• Grosor de la capa borde.
• Resistencia del estoma.
• Resistencia interna al flujo.
50. Fotosíntesis
DEMANDA.
La demanda de CO2 está determinada por
la tasa de procesamiento de este.
• Estructura y bioquímica del
cloroplasto.
• Factores ambientales (Luz).
• Factores propios de la planta
(demanda de carbohidratos).
51. Fotosíntesis
RESPUESTA DE LA
FOTOSÍNTESIS A LA LUZ.
Es obvio que la cantidad de radiación afecta en gran
manera la actividad fotosintética.
Por ejemplo, una baja intensidad de radiación podría
limitar la fotosíntesis, por tanto a la ganancia neta de C y
el crecimiento.
Sin embargo las plantas pueden tener mecanismos
adaptativos hacia la falta de luz o al exceso.
De esta manera se puede pensar en plantas de sol y
plantas de sombra.
53. Fotosíntesis
La fijación de CO2 comienza por la síntesis
de un compuesto de 4 carbonos.
Existen tres rutas clasificadas de acuerdo
a la enzima que descarboxila la molécula
de 4 carbonos:
1. NADP-malato deshidrogenasa =
NADP-ME
2. NAD-malato deshidrogenasa =
NAD-ME
3. Fosfoenolpiruvato carboxiquinasa =
PEP Carboxykinase
PEPC = Fosfoenolpiruvato carboxilasa
PPDK = Piruvatofosfato diquinasa
PEPC
PPDK
PEPC
PPDK
PEPC
PPDK
Plantas c4
