Asignatura de Biología. Primero Medio. Unidad Células.Metabolismo celular.
Fotosíntesis
Capturando la energía lumínica
Para activar el Ciclo de Calvin
Colegio Talcahuano. Avenida colón N º 2910. Fono (56)-(41)-583184
FOTOSÍNTESIS
Proceso
por
el
cual
algunos seres capturan
energía luminica y la usan
luego para fabricar su
propio alimento.
¿QUÉ SERES?
Vegetales, algas, protistas
y Cianobacterias.
Del mismo modo como una
calculadora solar captura
energía
lumínica
una
planta captura energía.
Algunas cianobacterias y clorobacterias
Algunas algas ( Protistas)
Las plantas superiores
Una celda solar hecha por el
hombre
La super celda solar de las plantas
Agua
Luz solar
CO2
Fotosíntesis
Azúcares
Oxígeno
Respiración celular
Energía (ATP)
El oxígeno que producen las plantas proviene del
oxígeno que está formando el agua
Acercamiento a un
ejemplar del alga
Elodea sp.
Las burbujas que
se observan están
compuestas
de
oxígeno puro que
se produce a partir
de la fotólisis de la
molécula de agua
Oxígeno
Agua
¿Cómo se Luz
puede
que el
solar comprobar
oxígeno
producido en la fotosíntesis
CO
proviene del agua?
2
Azúcares
Oxígeno
Energía (ATP)
Los cloroplastos en Elodea sp.
Organelo típico de
células eucariotas
fotosintetizadoras.
Vegetales y algas
Con doble membrana y
su propio ADN.
Contiene apilamientos
de tilacoides llamados
Grana comunicados
entre sí por láminas.
El estroma es el medio
interno del cloroplasto
por fuera de los
tilacoides
Esquema general del proceso de fotosíntesis
Esquema de la estructura química de la clorofila a,
con su centro de Magnesio
Cómo funciona esta super-celda solar
Consumo de ADP ( un círculo azul y dos círculos rojos) para formar ATP ( un círculo
azul y tres círculos rojos) Esta síntesis ocurre por la energía cinética de los protones
que son representados por los círculos blancos atravesando la proteina ATPsintetasa.
Acercamiento de la molécula de ATP sintetasa
modelación computarizada de la molécula
Los autótrofos fabrican su propio
alimento utilizando energía lumínica
Las plantas son los organismos más
conocidos, pero también las algas, los
protistas y las cianobacterias realizan
fotosíntesis.
Todos los seres vivos dependen (
directa o indirectamente) de la
fotosíntesis para alimentarse
La fotosíntesis ( resumen
simplificado)
Las hojas de los vegetales tienen cloroplastos y en su interior tienen
clorofila que captura la energía lumínica ....
El agua es captada por las raíces ....
El CO2 es captado de la atmósfera por los estomas de las hojas ....
El agua y el CO2 se mueven hacia el cloroplasto .... Y se produce la
fotosíntesis
Las reaciones químicas liberan oxígeno al ambiente y además producen
azúcares como la glucosa ....entonces las células toman la energía de los
azúcares para funcionar
Ecuación muy general de la fotosíntesis
CO2 + H2O + Energía lumínica ----> Azúcar ( Glucosa) + O2
Ecuación más detallada de la fotosíntesis
Dióxido de carbono
Agua
6CO2
6H2O
+
glucosa
------>
oxígeno
C6H12O6
+
6O2
Ruta metabólica: Serie de reacciones químicas acopladas,
en las cuales el producto de una reacción es usado como
reactante de la siguiente reacción.
Las dos fases de la fotosíntesis ( fase lumínica y fase oscura)
presentan rutas metabólicas.
Además los productos finales de la fotosíntesis ( Glucosa y
oxígeno) son usados por otros seres ( heterótrofos) para la
respiración celular.
Los productos de la respiración celular son el dióxido de carbono
y el agua, ambos son necesarios para que las plantas ejecuten
la fotosíntesis, por esta razón estos compuestos están
equilibrados en la atmósfera.
The Photosynthesis Reactions:
1.Reacciones lumínicas:
Es el primer conjunto de
reacciones de la fotosíntesis.
La luz blanca parece blanca, pero en realidad está formada
por muchos colores. Cada color corresponde a una longitud
de onda. La suma de longitudes de onda origina la luz
blanca.
Longitud de onda = Distancia entre crestas adyacentes de
una onda.
La fase lumínica ocurre en la
membrana de los tilacoides.
La luz provoca que la clorofila
pierda electrones.
Estos electrones son
reemplazados por electrones
que provienen del agua
cuando se rompe.
Al romperse el agua los
protones (H+) se acumulan
en el interior de los tilacoides.
Cuando los H+ salen del
tilacoide activan una proteina
ATP sintetasa que forma ATP
usando el flujo de H+
Los electrones pasan por una
cadena de electrones que
forma NADPH.
La luz es absorbida por las membranas de los tilacoides que se ubican en el
cloroplasto.
Una grana: es una acumulación de tilacoides
El estroma: es la solución que rodea los tilacoides.
La clorofila es un pigmento que absorbe las ondas de los colores violeta, azul
y roja y que refleja las ondas del verde
Un pigmento es un compuesto que absorbe las ondas lumínicas.
La clorofila “a” está directamente relacionada con las reacciones de la fase
lumínica.
Existen otros pigentos accesorios que ayudan a la clorofila “a” en su función;
la clorofila”b” es un pigmento accesorio lo mismo que los carotenoides que
absorben las otras longitudes de onda, tales como la longitud de onda del
verde y el azul.
Las reacciones lumínicas en la membrana del tilacoide
Sistema de transporte de electrones en la fase
lumínica
Fotosistema : Conjunto de moléculas de pigmento
que absorben luz
Existen dos tipos de fotosistema: el Fotosistema II y el
fotosistema I
Los pigmentos accesorios comienzan con la fase
lumínica al captar luz que luego pasa a la clorofila a.
Cuando la clorofila a acumula suficiente energía
ocurren 5 procesos...
Los cinco pasos del sistema transportador de electrones
1. La luz excita los electrones de la clorofila a en el fotosistema II (y la
clorofila pierde un electrón ( reacción de oxidación). El electrón perdido es
recuperado del electrón que se obtiene del agua cuando se rompe (
Fotólisis de la molécula de agua)
2. Estos electrones se mueven hasta un aceptor primario de electrones que
lo capta ( se reduce), este aceptor en el fotosistema II se llama
plastoquinona (pq).
3. Estos electrones son transferidos a una secuencia de moléculas que
forman una cadena transportadora de electrones; en algunos puntos la
ATP sintetasa produce ATP ( fotofosforilación)
4. La luz excita los electrones de la molécula de clorofila a del fotosistema I
5. Los electrones excitados son captados por un aceptor primario (
ferredoxina) y luego pasan a otracdena transportadora de electrones que
permite formar NADPH a partir de NAD+
En el fotosistema II la hidrólisis de la molécula de agua (
fotólisis) produce protones (H+), electrones (e-) y
oxígeno
2H2O →
4H+ +
4e-
+
O2
El oxígeno es un sub –producto de la fase lumínica y no
es usado en la fotosíntesis y es eliminado por los
estomas de la hoja.
El oxígeno es usado por organismos ( heterótrofos)
para la respiración celular.
Quimiosmosis: proceso que permite fabricar ATP en la fase
lumínica de la fotosíntesis.
Los protones liberados del agua se mueven por un gradiante de
concentración hacia el exterior de la membrana y permiten a la
ATP sintetasa fabricar ATP.
La ATP sintetasa es una proteina multifuncional, porque actúa
como enzima formando ATP y como una proteica transportadora
de protones.
Los ATP y NADPH formados son usados en la segunda fase de
la fotosíntesis llamada Fase oscura o Ciclo de Calvin. Para
fabricar compuestos orgánicos.
El ciclo de Calvin es la segunda fase de la
fotosíntesis forma compuestos orgánicos a
partir de CO2 y usando los ATP y NADPH
que se fabrican en la fase lumínica.
El ciclo de Calvin ocurre en el estroma de los
cloroplastos.
Ocurre una fijación de los átomos de carbono
provenientes del CO2 para formar glucosa y a partir
de ella las demás biomoléculas útiles para el vegetal,
tales como aminoácidos, lípidos, y carbohidratos.
Los tres pasos del ciclo de Calvin
El átomo de carbono del CO2 se une a una pentosa llamada Ribulosa Difosfato
( RuDP) e inmediatamente se divide en dos compuestos de 3 carbonos
llamados fosfoglicerato.
Cada molécula de fosfoglicerato es convertida en aldehido fosfoglicérico. La
mayor parte del aldehido fosfoglicérico permite obtener de nuevo la RuDP,
Pero algo de ete compuesto abandona el ciclo para formar glucosa.
* RuDP : Carbohidrato de 5 carbonos
* El glicerato y el fosfoglicerato son moléculas con tres átomos
de
carbono.
Las plantas que producen PGA ( Fosfoglicerato) con tres átomos son
llamadas plantas C3, sólo usan el Ciclo de Calvin para fabricar
compuestos orgánicos.
Tres moléculas de CO2 se
unen con ...
Tres moléculas de RuDP
Y se forman ...
seis moléculas de 3fosfoglicerato
Luego se agregan 1 ATP a
cada
Molécula y ...
Se obtienen 6 moléculas de
1,3 – difosfoglicerato al que
se agregan
1 H+ y un grupo fosfato para
formar ...
Seis moléculas de
gliceraldehido 3 fosfato
Una molécula de gliceraldehido 3fosfato abandona el ciclo y es
usado para fabricar glucosa...
Las otras 5 moléculas reconstituyen
la ribulosa 1,5- difosfato.
Otras Rutas metabólicas alternativas
Recuerde que las plantas C3 sólo usan el ciclo de Calvin para
fijar el carbono y hacerlo parte de un compuesto orgánico.
Se llaman C3 porque fijan el carbono del CO2 cuando forman
un compuesto de tres carbonos (3C) llamado Gliceraldehido.
Otros vegetales complementan en ciclo de Calvin con otros
procesos, por ejemplo cuando habitan un ambiente muy seco, a
estas plants se les llama C4 o CAM, porque cierran sus estomas
durante el dia para evitar la pérdida de humedad (C4) o porque
abren sus estomas de noche y almacenan Carbono para usar
durante el dia sin necesidad de abrir sus estomas.
Las plantas C4
forman un
compuesto de 4
carbonos llamado
oxalacetato que
almacena carbono
para entregar al ciclo
de Calvin.
El maíz, la caña de
azúcar por ejemplo
son plantas C4.
Las
CAM
plantas
Abren
estomas
noche
evitar la
de agua
estomas
el dia.
sus
sólo de
para
pérdida
por los
durante
Los cactus o las
piñas
son
plantas CAM.
Rango de eficacia de la fotosíntesis
La fotosíntesis se incrementa en la misma
forma como lo hace la intensidad lumínica o
la concentración de CO2 , Aunque
eventualmente existe un límite para este
incremento
Sobre una cierta temperatura a mayor
temperatura mayor es la velocidad de la
fotosíntesis, Aunque más allá de cierta
temperatura la fotosíntesis disminuye