El Proceso de la
Fotosíntesis
Guizar Agredano Oscar
Hernández Mejía Diana
Martínez Herrera Arlette
Mendivil Pindter Diego
Rodríguez Durán Alejandra
2 tipos de fotosíntesis
La fotosíntesis oxígenica o fotolitótrofa
(Plantas, algas y cianobacterias)
6 CO2 + 6 H2O + 686 kcal/mol -> C6H12O6 + 6 O2
Productos
-Energía de la luz del sol
- dióxido de carbono (sustrato a reducir)
- agua (dador de electrones que se oxida)
Reactivos
- Fabrican glúcidos
-liberar oxigeno a la atmosfera o hidrosfera
- ATP y NADHP
La fotosíntesis anoxígenica o foto-organótrofa
(bacterias como la bacterias purpúreas del azufre y la bacterias verdes del azufre)
2H2S + CO2 ---> [CH2O] + H2O + 2 S
Productos
- energía de la luz del sol
- dióxido de carbono (su sustrato a reducir)
- sulfuro de hidrógeno (en lugar del agua,
como dador de electrones que se oxida )
Reactivos
- fabrican glúcidos
- se libera azufre a el medio acuoso donde
habitan o se aloja en el interior de la bacteria.
- H2 O
materia
La energía luminosa
390 nm y 770 nm
partícula
La energía de un fotón es inversamente proporcional a su longitud de onda. Las longitudes de
onda largas tienen menos energía (fotones) que las de longitudes de onda cortas.
Un pigmento que absorbe la luz, absorbe
unelectrón de esa molécula y el electrón se
desplaza de su posición inicial respecto al
núcleo a una distancia diferente que
proporciona la energía del fotón que absorbió,
toma un estado de exitación. Para que se
realice la fotosíntesis es necesario que la
energía de los electrones excitados de varios
pigmentos se transfiera a un pigmento antena
(colector de energía) a un centro de reacción.
En la fotosíntesis hay dos centros de reacción el
del fotsistema I y el del fotosistema II.
Pigmentos
Los pigmentos son sustancias que absorben luz, transmitiendo o reflejando las longitudes
de onda que no absorben.
Cuando un pigmento absorbe un fotón o cuanto de luz, un electrón de la molécula de
pigmento es lanzado a un nivel energético más alto; se dice entonces que está excitado.
Este estado de excitación puede mantenerse sólo por períodos muy cortos de tiempo.
Cuando la mol esta en esas condiciones puede tomar 3 rutas
Periodo de exitación
Que la energía se
disipa como calor
- Que la energía se emite
inmediatamente como una de
longitud de onda más larga,
fenómeno conocido como
fluorescencia.
-
Que la energía
puede dar lugar a
una reacción
química como en
la fotosíntesis.
Clorofila
•
•
•
•
•
La clorofila son compuestos de tipo etrapirrol, constan de cuatro anillos de pirrol unidos por
medio de puentes de metilo (--CH=) lo que constituye una porfirina. En el centro se halla un
átomo metálico que es el magnesio.
Se encuentra junto con todos los pigmentos en la membrana tilacoidal
Absorbe la luz en el espectro violeta, azul y rojo. Puesto que transmite y refleja la luz verde, su
aspecto es verde. Es pigmento que hace que las hojas sean verdes,
En los eucariotas fotosintéticos, la clorofila es el pigmento implicado directamente en la
transformación de la energía de la luz en energía química.
Existen varios tipos de corofilas, las principaes: la clorofila a (principal encargada del proceso
de fotosíntesis) y la clorofila b (pigmento accesorio)
Pigmentos Accesorios
Los pigmentos accesorios absorben energía que la clorofila es incapaz de absorber, lo
pigmentos accesorios incluyen
•
•
•
clorofila b (en algas y protistas las clorofilas c,d y e) absorbe en el azul, en el rojo y
anaranjado del espectro (con longitudes de ondas largas y baja energía ).
Xantofila (amarilla)
Caroteno -> Beta caroteno (anaranjado) Los carotenoides absorben la longitud de
onda azul y un poco en el verde
Los pigmentos accesorios ayudan a la clorofila a realizar el proceso de absorción de la
luz visible
Bacterioclorofila
•
•
•
•
También son conocidas como P870
Pigmentos fotosintéticos que se encuentran bacterias fototrofas anoxigénadas
Están relacionadas con las clorofilas.
Usan longitudes de onda de luz que no son absorbidas por las plantas. Cada pigmento da el
nombre a las bacterias.
Bacterioclorofila a, Bacteria púrpura,
Bacterioclorofila b Bacteria púrpura
Bacterioclorofila c Bacteria verde del azufre
Bacterioclorofila d Bacteria verde del azufre
Bacterioclorofila e, Bacteria verde del azufre
Bacterioclorofila g Heliobacteria.
Hojas
-
-
Órgano vegetativo de las plantas vasculares especializadas para la fotosíntesis. Son
estructuras laminares o aciculares que contienen sobre todo tejido fotosintetizador,
situado siempre al alcance de la luz. En las hojas se produce la mayor parte de la
transpiración,
La fotosíntesis se produce principalmente en las hojas de las plantas, ya que estas son
ricas en cloroplastos, aunque en menor proporción puede producirse en los tallos,
Estomas: Están ubicadas en la hojas o en partes verdes de la planta, formadas por células
oclusivas, que pueden agrandar o cerrar la abertura y que permiten, de este modo, regular
la entrada o salida de agua y gases, como el oxígeno y dióxido de carbono.
Celulas Vegetales
La unidad estructural de la fotosíntesis es el cloroplasto, son organelos de las células
eucariotas fotosintéticas (únicamente vegetal) que se encuentran en el citoplasma, su
forma es variable, desde esférica o elíptica a mucho más compleja asemejando cintas.
forman parte de un conjunto de orgánulos denominados platidios o plastos, la mayoría de
sus proteínas son codificadas por el ADN nuclear.
•
membranas externa: contiene porinas y delimita al
cloroplasto
•
membrana interna: hecha a base de proteínas
específicas para el transporte, delimita al cloroplasto
•
espacio intermembranal separaa la membrana
interior y exterior, composición simlar al glisol
•
estroma son cavidades situada entre la membrana
interna y las granas, donde se encuentran
ribosomas, enzimas, varias copias de ADN, varios
tipos de ARN, gránulos de almidón y gotas de
lípidos. En este espacio tiene lugar el Ciclo de Kalvin
de la fotosíntesis.
•
membrana tilacoidal formada por grasos
poliinsaturados, se encuentra altamente plegada
formando
sacos
aplanados
interconectados
llamados tilacoides, que se apilan y la agrupación de
éstos se denomina grana. En ella se encuentran los
fotosistemas que contienen sustancias como los
pigmentos fotosintéticos y la enzimas ATP-sintetaza.
Etapas de la fotosíntesis
El proceso de fotosíntesis se divide en 2 etapas:
Etapa fotodependiete
•
•
•
•
•
Ocurre sólo en presencia de luz
Consiste en la transformación de la energía lumínica en energía química (bajo la forma de
moléculas de ATP) y en la obtención de un agente reductor de alta energía (la coenzima
reducida NADPH)
Se produce principalmente en las hojas de las plantas, aunque en menor proporción puede
producirse en los tallos, está etapa
Se da en los cloroplastos, específicamente en las tilacoides, estos tienen pigmentos que son
moléculas capaces de "capturar" ciertas cantidades de energía lumínica y los fotosistemas.
Se divide en 2 tipos de fosforilación, la cicla y la aciclica
Para hacer más eficiente la absorción se utilizan
Fotosistemas
Un fotosistema constan de un pigmento principal como la clorofila a o b y diferentes
pigmentos accesorios
La clorofila y otras
molécules están empaquetadas en los tilacoides en unidades llamadas fotosistemas;
cada unidad contiene unas 300 moléculas de pigmentos, que sirven como antenas
recolectoras de luz.
Fotosistemas
Son 2
Fotosistema I (PS I 700): Se localiza
en las zonas del tilacoides que no
se apilan, y su centro activo posee
dos clorofilas llamadas P700.-
-
- Fotosistema II (PS II 680): Se localiza
en las zonas donde el tilacoides se
apila, y su centro activo posee dos
clorofilas llamadas P680.
Sus partes son
Complejo antena: formado por
cientos de moléculas de clorofila y
otros
pigmentos
como
los
carotenoides, que se unen a
proteínas de la membrana, de modo
que cada una capta una determinada
longitud de onda y va canalizando la
radiación hacia el centro reactivo.
Centro reactivo o centro
de reacción fotoquímica:
Está situado en una
proteína de
transmembrana y tiene
dos moléculas especiales
de clorofila que captan los
fotones y se oxidan.
Fosforilación aciclica
• En esta reacción, participan los dos fotosistemas
Comienza cuando las antenas del pigmento P680 atrapan energía luminosa, haciendo que los
fotones inciden sobre el fotosistema II, excitando y liberando un par electrones del pigmento
P680 que pasan al primer aceptor de electrones (feofitina) después pasa a la molécula llamada
platoquinona, que gracias a el ciclo de oxido-reducción se irán agregando protones a la
membrana tilacoidal, una vez que los protones atravesaron la membrana la plastoquinona cede
al citocromo b6f que servirá de pasó de electrones hacía la plastocianina que es el donador
primario hacía el Fotosistema I. Todo estos aceptores son conocido como cadena
transportadora de electrones .
Simultáneamente, en el fotosistema II se produce
la ruptura de una molécula de agua, proceso,
llamado fotooxidación del agua o fotolisis, el cual
libera electrones, que son capturados por el
fotosistema II(la molécula de agua se divide en
2H+ + 2e- + 1/2O2) estos iones O-2 se combinan
para formar O2 que se libera a la atmósfera a
través de los estomas.
•
La energía lumínica actúa sobre el pigmento P700 del Fotosistema I, haciendo que
un electrón se existe, pasando a el aceptor A0 y este a su vez seda a la molécula
ferredoxina donde transporta a la coenzima NADP. La reducción de la coenzima se
da cuando se liberan protones de la molécula de agua combinando el NADP+ con un
H+ para formar NADPH. Durante esta etapa se realiza la síntesis de de ATP, la
enzima ATP sintetasa libera el gradiente electroquímico que se produce dentro del
tilacoide y utiliza la energía de este gradiente para adicionar un grupo fosfato al ADP
produciendo ATP , pero está ATP es insuficiente, por lo tanto en la fosforilación ciclica
se busca compensar esta falta de ATP.
.
Fosforilación ciclica
•
•
•
•
En esta etapa se busca compensar la baja producción de ATP de la fosforilación
aciclicaesto
La fase luminosa cíclica, es la más sencilla ya que solo interviene el fotosistema I
Se genera un mecanismo cíclico, ya que los electrones excitados de la molécula P700 del
Centro de Reacción vuelven a su origen
Está fase se da al mismo tiempo que la fase aciclica.
Los fotones inciden sobre el fotosistema I, esto
hace que la clorofila P700 libere electrones que
son transportados por la enzima ATP sintetasa,
a través de una canal ubicado en el interior de
la membrana tilacoidal a la ferredoxina (aceptor)
la cual cede a un citocromo b6 (aceptor) y éste
a la plastoquinona (aceptor), que capta dos
protones y pasa a una plastoquinona
reducida (PQH2) la cual cede los dos electrones
al citocromo f e introduce de nuevo al sistema.
Etapa independiente de la luz o Biosintetica
•
•
•
•
•
•
La Fase Biosintetica o Ciclo de Calvin busca reducir el carbono y sintetizar glúcidos sencillos.
Las moléculas NADPH y los ATP (obtenidas de la fase anteior) son básicas para el proceso
Se da independientemente de si hay luz o no.
Esta etapa comienza con la obtención de carbono por medio del CO2 que toman de la
atmosfera o de la hidrosfera, este CO2 es absorbido por medio de las células especializadas,
las estomas (hojas y tallos verdes)
La fuente de nitrógeno son los nitratos y nitritos, y como fuente de azufre, los sulfatos.
Se produce mediante un proceso de carácter cíclico en el que se pueden distinguir varios
pasos o fases.
- El dióxido de carbono se une a la RuDP, donde se rompe un núcleo atómico, mediante el bombardeo de neutrones,
para liberar energía inmediatamente en moléculas de ácido fosfoglicérico (PGAc). Esta reacción está catalizada
por una enzima específica, la RuDP carboxilasa oxigenasa (RuBisCO).
CO2 + RuDP ---> 2 PGAc
- El ácido fosfoglicérico (PGAc) debe reducirse, pero para ello el PGAc debe previamente activarse, lo que consigue
añadiendo otro grupo fosfato a su molécula mediante una fosforilación que requiere el empleo de ATP (procedente
de la fase luminosa) y en la que se obtiene ácido difosfoglicérico (DPGAc):
2 PGAc + 2 ATP ---> 2 DPGAC + 2 ADP
- Una vez activado, el ácido está en condiciones de reducirse a aldehído, en este caso a fosfogliceraldehido (PGAl). En
esta reducción, se consume NADPH (procedente de la etapa luminosa), y se pierde el fosfato adicional
2 DPGAc + 2 NADPH ---> 2 PGAl + 2 NADP+ + 2 Pi
- El PGAl es ya un glúcido sencillo. Está moléculas puede convertirse su isómero, el fosfato de dihidroxiacetona (PDHA),
.
.
Las triosas-fosfato que se forman después de la reducción y no se emplean en la
regeneración de la RuDP (PGAl y PDHA), se exportan al citosol, mediante un
transportador de la membrana de cloroplasto que los intercambia con Pi, el cual se
emplea en el cloroplasto, principalmente para la obtención de ATP en las reacciones
lumínicas de los tilacoides. Las triosas-fosfato en el citosol dan lugar a la síntesis de
sacarosa, a través de una serie de reacciones en las que se forman fosfatos de fructosa y
de glucosa, y UDP-glucosa; el proceso culmina al unirse la fructosa-fosfato y la UDPglucosa para dar sacarosa-fosfato, cuya hidrólisis da Pi y sacarosa.
6 RuDP + 6 CO2 + 12 NADPH + 12 H+ + 18 ATP -> 6 RuDP + Glucosa + 12 NADP+ + 18 ADP + 18 Pi + H2O
C3
• Compuesto de tres Carbonos (gliceraldehído fosfato)
•
Fijación del Carbono por medio del Ciclo de Calvin
• Con la enzima RuBP carboxilasa que combina una
molécula de dióxido de carbono con la ribulosa difosfato
C4
• La enzima PEPC une primero el dióxido de carbono al PEP
para formar un compuesto de cuatro carbonos
(ácido málico u ácido aspartico).
• Luego de una serie de reacciones químicas el ácido es
transportado a espacios internos dentro de la hoja y
finalmente se libera CO2 que ingresa en el ciclo de Calvin.
• La unión del dióxido de carbono al PEP es catalizada por
• la enzima PEP carboxilasa.
PLANTAS
CAM
.
(Crassulacean Acidic Metabolism plants)
Es característico de ésta ruta formar ácidos orgánicos, en especial ácido málico, durante el
periodo oscuro, en las hojas o en las demás partes verdes del vástago de algunas especies
vegetales suculentas o semi-suculentas como Bryophyllum, Kalanchoe, Sedum, Kleinia,
Crassula, Opuntia. La variación diurna del contenido de ácidos fue descubierta en
representantes de las crasuláceas de ahí su nombre. La carboxilación reductiva en la que se
basa esta definida por la alta disponibilidad de CO2 en la oscuridad. Durante el día, en la
luz, ocurre un desdoblamiento rápido en el que se libera CO2 el cual entrara directamente
al proceso fotosintético.
• Nopal
Pertenece al grupo de las plantas
CAM, sus estomas son abiertas en la
noche para evitar transpirar tanto,
como pasaría en el días por la gran
cantidad de calor que hay. Esta
planta convierte el oxido de carbono
que captura en acido málico,
despuès con los estomas cerrados
convierte este ácido málico en
azúcares.
.
• Maíz
El maíz pertenece a las plantas C4,
por lo tanto habré sus estomas en el
día para absorver el dioxido de
carbono de la atmosfera, para que
pueda llevar a cabo sus prosesos
fotosínteticos.
Molécula de H2O
- Los organismos fotosintéticos necesitan del agua disponible en su medio para poder realizar su
metabolismo.
- La función de la molécula de agua es suministra electrones para las reacciones redox, es decir el agua
interviene como fuente de electrones.
- El agua se rompe por efecto de la luz, dando lugar a oxígeno y a hidrógenos, el oxigeno es liberado,
mientras que en la fase oscura el hidrogeno se suma al dióxido de carbono gaseoso (CO2) presente en
el aire, dando como resultado la producción de compuestos
orgánicos, principalmente carbohidratos.
- La molécula de agua es un agente reductor muy débil, sus
electrones deben ser energetizados por los fotones de la luz
solar.
- La energetización de los electrones del agua se realiza
gracias a la clorofila.
- También constituye el medio necesario para que se puedan
disolver los elementos químicos del suelo que la plantas
deben utilizar para construir sus tejidos.
Carbono
-
El carbono (CO2) constituye el material que las plantas utilizan para sintetizar hidratos de
carbono.
-
Penetra en las hojas a través de los estomas, es procesado durante la etapa independiente de
luz, este carbono se encuentra en la atmosfera y en los océanos ,también, puede proceder
del bicarbonato disuelto en el agua del suelo que la plantas absorben mediante sus raíces.
aunque, en una proporción muy pequeña
-
La fotosíntesis constituye uno de los procesos biológicos que integra el ciclo del carbono, en
el que también se integra el bioquímico, que controla las transferencias de CO2 entre la
biosfera y otros subsistemas.
-
El CO2 es el gas que está en la atmósfera en una concentración de más del 0,03% y cada año
aproximadamente un 5% de estas reservas de CO2, se consumen en el proceso de la
fotosíntesis
Oxígeno
• Durante la etapa ciclica luminica en el fotosistema II se produce un proceso llamado
fotolisis
• la ruptura de una molécula de agua, debido a la acción directa de la luz solar, libera
electrones, (la molécula de agua se divide en 2H+ + 2e- + 1/2O2)
•El pigmento P680 fotoionizado hace que la molécula de H20 se rompa libernado O2 que
es liberado hacia la atmósfera
Productos y reactivos de la fotosíntesis
•
Fotosíntesis oxigénica
•
:6 CO2 + 6 H2O + 686 kcal/mol --> C6H12O6 + 6 O2
Los reactivos son:
- energía de la luz del sol (activa los
fotosistemas)
- dióxido de carbono (sustrato a reducir)
agua (dador de electrones que se oxida)
Además de otros productos iniciales como las
sales minerales
- Los productos son:
O2 (que se libera a la atmosfera)- Glucosa
(C6H12O6)
Además de Sacarosas, Almidónes,
Celulosas
- ATP (producto de un ADP + P)
- NADPH (producto de un NDPH + H+)
-
-
En el caso de la fotosíntesis anoxigénica
l2H2S + CO2 ----> [CH2O] + H2O + 2
Los reactivos son:
CO2 (sustrato a reducir)
energía de la luz del sol
sulfuro de hidrógeno (dador de
electrones que se oxida)
Los productos son:
glúcidos
Azufre
agua
ATP
Factores que influyen en la fotosíntesis
•
Los organismos autótrofos fotosintéticos cuentan varios estructuras que tras una serie de
pasos logran realizar la fotosíntesis pero además de este conjunto de herramientas, el
proceso es afectado por varios factores tanto ambientales como internos.
Factores ambientales
• Concentración de dióxido de carbono(CO2):
La actividad fotosintética crece al aumentar
la cantidad de CO2, hasta llegar a un límite a
partir del cual el rendimiento se estabiliza.
•
Concentración de oxígeno: La presencia
de oxígeno disminuye la cantidad de una
enzima imprescindible para fijar el CO2 (Rebisco)
•
Tiempo de iluminación: También conocido
como fotoperiodo; la luz, su duración y periodicidad,
tiene una gran influencia sobre la germinación y la
duración del crecimiento vegetativo.
• Intensidad luminosa: Sólo la radiación cuya longitud
de onda oscila entre 400 y 700 nm tiene el nivel
de energía para estimular a la clorofila
• Temperatura: Las reacciones enzimáticas son
dependientes de la temperatura.
• Humedad: provoca el cierre de los
estomas lo que reduce significativamente
la entrada de CO2, y aumenta la temperatura
interna
.
•
Minerales: La planta depende directamente
de los nutrientes que contenga el suelo
donde se encuentra y del PH.
• El ser humano: El transporte,
la industria, la deforestación,
la agricultura y otras actividades
humanas, están provocando un
aumento de la concentración atmosférica
de CO2, lo cual podría conducir, a cambios
regionales o globales
Factores extra: Existen otros factores
que intervienen en el proceso de la
fotosíntesis para perjudicarla o beneficiarla.
Los organismos parasitarios son un ejemplo de
organismos que afectan la fotosíntesis. La simbiosis es
beneficiosa para los fotoautotrofos
Factores. Internos
•
La cantidad de células fotosintetizadotas: Cuando una planta tiene mas hojas o
tejido superficial verde, el número de cromoplastos que posea y la naturaleza de
estos (clorofila y pigmentos accesorios) dictara la eficiencia de la captura de energía
necesaria para la fotosíntesis.
•
Estructura de la hoja: El grosor de la cutícula, la epidermis, el número de estomas y
los espacios entre las células del mesófilo influyen directamente en la difusión del
CO2 y O2 y también en la pérdida de agua.
La fotosíntesis en otoño
•
En el otoño, los días son más cortos y por lo tanto la energía lumínica (luz) se hace menos
intensa, gracias a estos cambios en el ambiente, los árboles comienzan a prepararse para el
invierno, estación en la que no hay la suficiente luz o agua como para hacer la fotosíntesis.
Árboles caducifolios
En otoño, las células de la capa de escisión empiezan a crecer y forman un material parecido al
corcho, reduciendo y finalmente cortando el flujo entre la hoja y el árbol. La glucosa y los
productos de deshecho quedan atrapados en la hoja, y sin agua fresca, la clorofila empieza a
desaparecer. A medida que se forma el tapón, las células de la capa de escisión empiezan a
desintegrarse, hasta que sólo quedan unos hilitos que sostienen la hoja. Un golpe de viento o el
simple efecto de la gravedad se encargarán del resto.Los árboles descansarán y vivirán con el
alimento que almacenaron durante el verano. La clorofila de las hojas desaparece y comienza a
notarse otros pigmentos como:
Los colores rojos y lilas provienen de las antocianinas
 Los marrones provienen del tanino
<-- Los amarillos y los naranjas xantofilas
.
Los árboles perennifolios
En los árboles de follaje persistente solo mueren una parte de las hojas cada año y
otras, las más jóvenes, permanecen en la planta y se unen a las nuevas que brotan
cada primavera, de manera que el periodo vital de cada hoja puede durar varios
años. Sus hojas son especiales, resistentes al frío y a la pérdida de humedad.
Algunos árboles como los pinos y los abetos, tienen hojas como agujas. Otros,
como la encina, las tienen anchas y recubiertas de ceras; los días más fríos y
secos estas hojas se encorvan para reducir la superficie expuesta. Los árboles
perennifolios continúan realizando la fotosíntesis durante el invierno, pero las
reacciones son más lentas debido a las bajas temperaturas.
Importancia del proceso
Todos los organismos heterótrofos dependen de las conversiones que se da en la fotosíntesis y
de la materia para su subsistencia.
Son la base de la cadena trófica
Reciclan la materia orgánica, desde que es producida por los autotrofos, hasta que es utilizada
por los consumidores y los descomponedores, en el Ciclo de la materia y el Flujo de la
energía.
Gracias a la fotosíntesis se obtiene el O2 (oxígeno), gas fundamental para que los heterotrofos
consuman mataria organica y la transformen en energía.
La fotosíntesis ha hecho posible que aparezca la respiración celular que tienen la gran mayoría de
los organismos mediante la cual obtienen el máximo de energía de los nutrientes.
La fotosíntesis fue causante del cambio producido en la atmósfera primitiva, que era anaerobia y
reductora.
De la fotosíntesis depende también la energía almacenada en combustibles fósiles como carbón,
petróleo y gas natural, todo esto gracias al ciclo del carbono.
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