ETAPA II
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ETAPA II
Profa. Dayana Pérez
Semestre II-2009
Abril de 2010
FOTOSÍNTESIS Y PROCESOS RELACIONADOS
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FOTOSÍNTESIS COMO PROCESO BIOLÓGICO DE ÓXIDO REDUCCIÓN
VARIACIONES EN EL MECANISMO DE FIJACIÓN DE CO2
METABOLISMO DE LOS CARBOHIDRATOS
ABSORCIÓN DE LUZ Y CONVERSIÓN DE ENERGÍA
RESPIRACIÓN CELULAR
DISTRIBUCIÓN, MOVILIZACIÓN Y TRANSPORTE DE FOTOASIMILADOS EN LA PLANTA
FOTORRESPIRACIÓN
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II
aa
i
i
o
o
Es el proceso mediante el cual plantas, usan la energía de la luz para sintetizar compuestos orgánicos a partir de CO2 y H2O. La fotosíntesis involucra una serie de reacciones complejas donde participan la absorción de luz, la conversión de energía, transferencia de electrones y sistemas multienzimáticos.
Azúcares
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Fotosíntesis en plantas superiores
CO2 + 2 H2O + luz C6H12O6+ O2 + H2OClorofila
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La longitud de onda ()
Sol
LA LUZ TIENE PROPIEDADES DE ONDA Y PARTÍCULA
A MEDIDA QUE
AUMENTA LA
LONGITUD DE ONDA
DISMINUYE LA ENERGIA
Y FRECUENCIA DE LA ONDA
ABSORCIÓN DE LUZ ABSORCIÓN DE LUZ
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La energía de un fotón es inversamente proporcional a la longitud de onda; las longitudes de ondas largas tienen menos energía que las de longitudes de ondas cortas.
Cada fotón contiene una cantidad de energía: cuantos
E= h= h c/E= energía de un fotón
h: constante de Planck 6,6262 x 10-34 Joules.s.
v: Frecuencia de la radiación
c: velocidad de la luz 3,0 x 108 m .s-1
…. Y COMO PARTÍCULA
FOTÓNFOTÓN
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Espectro electromagnético
RFARayos gamma Microondas
Ondas de radio
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Luz
Prisma
La luz se separa en diferentes colores al pasar a través de un prisma. Representando sólo la porción de la energía radiante con longitudes de onda visibles para el ojo humano (400-700 nm).
Sol
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La clorofila es el pigmento principal de la fotosíntesis (absorbe luz azul y rojaroja y refleja luz verde).
PIGMENTOS FOTOSINTÉTICOS
Clorofila–a = Más importante en la fotosíntesis ya que inicia las reacciones dependientes de la luz (verde intenso)
Clorofila–b = Pigmento accesorio que también participa en la fotosíntesis (verde –amarillento)
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CAROTENOIDESCAROTENOIDES
Pigmentos accesorios captadores de luz y transfieren la energía a la clorofila (Pigmentos colectores de luz).
Absorben luz entre 400 y 500 nm.
Protegen a las clorofilas contra la destrucción oxidativa por el O2 cuando los niveles de irradiancia son elevados (Fotooxidación)
Debido al sistema de dobles enlaces conjugados, estos pigmentos pueden absorber luz visible
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Espectros de absorción para clorofila a, clorofila b y carotenoides Tasa de fotosíntesis.
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HOJA
El Proceso se realiza en los El Proceso se realiza en los cloroplastoscloroplastos Tilacoide
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La energía absorbida es canalizada por un proceso denominado resonancia inductiva, ya que los pigmentos están ordenados
secuencialmente de acuerdo a su longitud de onda
Antena de PigmentosAntena de Pigmentos
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La fotosíntesis ocurre en complejos que contienen centros colectores de luz y centros de reacción centros de reacción
fotoquímica
Un gran número de pigmentos sirven de antena, atrapando luz y transfiriendo su energía al centro de reacción.
Para la fotosíntesis se requiere que los electrones excitados de varios pigmentos se transfieran a un pigmento colector de energía.
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ENERGIA DEL ELECTRON
EVENTO FOTOQUÍMICO
Excitación de la clorofila por absorción de fotones de luz
Fluorescencia: producción de luz que acompaña a la rápida disminución en la energía de los electrones que se encuentran en estado excitadoEstado de
menor energía
Estado excitado
Calor
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Transferencia de energía durante la Fotosíntesis
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FOTOSISTEMA IIFOTOSISTEMA I
Los organismos fotosintéticos contienen dos centros de reacción fotoquímica, FSI y FSII.
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La fotosíntesis requiere de la coordinación de dos fases (fase de luz y fase de asimilación del C)
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Fase de luz
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ORGANIZACIÓN DE GRANA E INTERGRANA EN CLOROPLASTOS
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Tilacoides (%)
Componente Porción comprimida Expuesta al estroma
PSII 85 15
PSI 10 90
Complejo Cit b6f 50 50
ATP sintasa 0 100
FSI y FSII no están distribuidos al azar en la membrana del tilacoide.
Heterogeneidad lateral Heterogeneidad lateral
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Comparación entre oxidación y reducción
Oxidación Reducción
Pérdida de electrones Ganancia de electrones
Ganancia de Oxígeno Pérdida de Oxígeno
Pérdida de hidrógeno Ganancia de hidrogeno
Pérdida de energía (libera energía)
Ganancia de energía
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Rutas del transporte de electrones en la membrana del cloroplasto
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Organización de los Fotosistemas y el complejo productor de ATP en la membrana del cloroplasto
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Estroma (bajo H+)
Lumen (alto H+)
Oxidación de Agua
Plastocianina
Plastoquinona
Luz
Bajo
Alto Potencial de
gradiente electroquímico
Luz
TRANSFERENCIA DE ELECTRONES Y PROTONES EN LA MEMBRANA DEL
TILACOIDE
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Ruta de transferencia de electrones
Genera tres productos principales: O2, ATP y NADPH. Los dos
fotosistemas están conectados por una serie de transportadores de
electrones que incluyen la plastoquinona, el complejo citocromo b6f y la
plastocianina. La oxidación del agua y el transporte de electrones
produce un gradiente protónico electroquímico que motoriza la síntesis
de ATP por medio de la ATP-sintetasa transmembrana.
La plastocianina como la plastoquinona son los transportadores
móviles de electrones.
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PSII funciona como una H2O-plastoquinona oxidoreductasa
dependiente de la luz
Cuando el H2O se oxida, se liberan dos electrones para transporte. P680* (luz provoca su oxidación)
P680 cede su e- a la feofitina (Feo) QA unida (D2) QB (D1)
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Para reducir por completo cada QA y QB, se requieren, dos e- y también deben agregarse dos H+
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La QA se encuentra fuertemente unida a D2, QB se libera de D1 cuando recibe los 2 e- y 2 H+ del estroma y otra PQ ocupa el lugar de QB en D1
Por cada par de moléculas de H2O que se oxidan, se transportan cuatro e- a través de las quinonas. 2 moléculas de QB deben reducirse, abandonar D1 y ser reemplazadas.
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El complejo PSII tiene dos quinonas, QA y QB.
El e- QA- QB QB-
(semiquinona)
La pérdida de este electrón retorna QA- a QA
un segundo e- P680 QA segunda QA-
Este segundo e- QA- a QB- QB2-
(Quinona B completamente reducida) y QA- revierte de nuevo a QA
QB2- toma 2H+ del lado estromático de la membrana, para producir plastoquinol, QBH2 (PQH2 )
QBH2 se difunde dentro de la doble capa lipídica para funcionar como un transportador móvil de electrones
Transferencia de electrones desde P680 hasta las quinonas (Ciclo Q)
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Acción de herbicidasInhiben la cadena transportadora de e- entre los dos fotosistemas
Diuron y atrazina
Unen o insertan en el sitio de la QB de la proteína D1 con lo cual previenen la reducción de QB
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Complejo citocromo b6f
![Page 33: ETAPA II](https://reader035.fdocuments.ec/reader035/viewer/2022070408/568143cc550346895db058b6/html5/thumbnails/33.jpg)
El complejo citocromo b6f transfiere electrones desde la plastoquinona reducida a
la plastocianina oxidada
![Page 34: ETAPA II](https://reader035.fdocuments.ec/reader035/viewer/2022070408/568143cc550346895db058b6/html5/thumbnails/34.jpg)
Estroma (bajo H+)
Lumen (alto H+)
Oxidación de Agua
Plastocianina
Plastoquinona
Luz
Bajo
Alto Potencial de
gradiente electroquímico
Luz
TRANSFERENCIA DE ELECTRONES Y PROTONES EN LA MEMBRANA DEL
TILACOIDE
![Page 35: ETAPA II](https://reader035.fdocuments.ec/reader035/viewer/2022070408/568143cc550346895db058b6/html5/thumbnails/35.jpg)
FOTOSISTEMA I Trabaja como sistema dependiente de luz para oxidar la plastocianina reducida y transferir los e- hacia Fdx. Solo capta y transfiere un e- a la vez.
Cada PC móvil transporta un e- por el lumen hasta el FSI
Ao: clorofila a
Af: filoquinona (vitamina K1)
Fdx móviles aceptan un e- cada una y lo transfieren al NADP+ para formar NADPH en el estroma necesitándose 2 e- y un H+ para su reducción
Fd-NADP+ reductasa. ferredoxina-NADP+ reductasa (FNR).
![Page 36: ETAPA II](https://reader035.fdocuments.ec/reader035/viewer/2022070408/568143cc550346895db058b6/html5/thumbnails/36.jpg)
Superoxido (O2-) es un radical libre que
reacciona con lípidos en el cloroplasto
Rápida desintegración de los cloroplasto
desvio
Inhibiendo la reducción de ferredoxina
Acción de herbicidas
![Page 37: ETAPA II](https://reader035.fdocuments.ec/reader035/viewer/2022070408/568143cc550346895db058b6/html5/thumbnails/37.jpg)
Transporte acíclico de electronesTransporte acíclico de electronesLas reacciones luminosas por las que se transfieren e- través de las membranas de los tilacoides para formar NADPH
Transporte cíclico de electronesTransporte cíclico de electrones
La luz puede hacer que los e- entren en un ciclo que inicia en el P700 y pasa por la Fdx de regreso a ciertos componentes del sistema portador de e- , y de aquí nuevamente al P700
![Page 38: ETAPA II](https://reader035.fdocuments.ec/reader035/viewer/2022070408/568143cc550346895db058b6/html5/thumbnails/38.jpg)
Luz PSI reduce la ferredoxina, pero en lugar de esta transferir un electrón a NADP+, la ferredoxina reducida (Fdxred) interactúa con una Fdx-plastoquinona-oxidoreductasa que permite la transferencia de electrones al pool de quinonas.
Proceso de transporte cíclico de e- donde
participa únicamente el PSI y produce solamente ATP.
Esta ruta cíclica requiere de un cofactor: Fdx.
![Page 39: ETAPA II](https://reader035.fdocuments.ec/reader035/viewer/2022070408/568143cc550346895db058b6/html5/thumbnails/39.jpg)
Estroma (bajo H+)
Lumen (alto H+)
Oxidación de Agua
Plastocianina
Plastoquinona
Luz
Bajo
Alto Potencial de
gradiente electroquímico
Luz
TRANSFERENCIA DE ELECTRONES Y PROTONES EN LA MEMBRANA DEL
TILACOIDE
![Page 40: ETAPA II](https://reader035.fdocuments.ec/reader035/viewer/2022070408/568143cc550346895db058b6/html5/thumbnails/40.jpg)
Modelo del complejo ATP sintetasa
Consta de dos partes principales: un tallo, denominado CF0, que se extiende por el lumen hasta el estroma, y una porción esférica (cabeza) que se conoce como CF1 que descansa en el estroma
La formación de ATP requiere transporte de e- y H+
Fotofosforilación
![Page 41: ETAPA II](https://reader035.fdocuments.ec/reader035/viewer/2022070408/568143cc550346895db058b6/html5/thumbnails/41.jpg)
pH 5
pH 8
Existe un fuerte gradiente en la concentración de H+ hacia el estroma. Este gradiente de pH a través de la membrana es una forma poderosa de energía química potencial, principal responsable de que se efectúe la fotofosforilación (Síntesis de ATP dependiente de la luz, en el cloroplasto )
![Page 42: ETAPA II](https://reader035.fdocuments.ec/reader035/viewer/2022070408/568143cc550346895db058b6/html5/thumbnails/42.jpg)
1. Entre los denominados pigmentos accesorios se encuentran a. la glucosa b. los glicolípidos c. los carotenoides d. el colesterol
2. La etapa dependiente de luz de la fotosíntesis ocurre en a. membrana del tilacoide b. el estroma de los cloroplastos c. las crestas mitocondriales d. el espacio intermembrana de los cloroplastos
3. En la etapa dependiente de luz, la energía se convierte en a. ATP y NADPH b. ADP y NADP c. azúcar d. lípidos
QUIZ
![Page 43: ETAPA II](https://reader035.fdocuments.ec/reader035/viewer/2022070408/568143cc550346895db058b6/html5/thumbnails/43.jpg)
La fotosíntesis requiere de la coordinación de dos fases (fase de luz y fase de asimilación del C)
![Page 44: ETAPA II](https://reader035.fdocuments.ec/reader035/viewer/2022070408/568143cc550346895db058b6/html5/thumbnails/44.jpg)
Fase de asimilación del Carbono
![Page 45: ETAPA II](https://reader035.fdocuments.ec/reader035/viewer/2022070408/568143cc550346895db058b6/html5/thumbnails/45.jpg)
UTILIZACIÓN DE LA ENERGÍA: UTILIZACIÓN DE LA ENERGÍA: PRODUCCIÓN DE AZÚCARES PRODUCCIÓN DE AZÚCARES DENTRO DEL CLOROPLASTO DENTRO DEL CLOROPLASTO
CICLO DE CALVIN CICLO DE CALVIN (FOTOSINTESIS C3)(FOTOSINTESIS C3)
![Page 46: ETAPA II](https://reader035.fdocuments.ec/reader035/viewer/2022070408/568143cc550346895db058b6/html5/thumbnails/46.jpg)
El ciclo de Calvin se realiza en 3 fases: carboxilación, carboxilación,
reducción y regeneración. reducción y regeneración.
La fase de carboxilación: la carboxilación de RuBP para
producir 2 moléculas de 3-PGA
La fase reductiva: convierte 3-PGA en la triosa fosfato,
gliceraldehido 3-fosfato (GAP). En esta fase se usan ATP y
NADPH.
La fase de regeneración de RuBP se consume un ATP
adicional.
Ciclo de Reducción Fotosintética del Carbono en el cloroplasto (CICLO DE CALVIN ,
Fotosíntesis C3)
![Page 47: ETAPA II](https://reader035.fdocuments.ec/reader035/viewer/2022070408/568143cc550346895db058b6/html5/thumbnails/47.jpg)
REACCIONES FOTOQUIMICAS Y BIOQUIMICAS DE LA FOTOSINTESIS
![Page 48: ETAPA II](https://reader035.fdocuments.ec/reader035/viewer/2022070408/568143cc550346895db058b6/html5/thumbnails/48.jpg)
CICLO DE CALVIN
CARBOXILACION
REDUCCION
REGENERACION
Enzima Ribulosa bifosfato carboxilasa/oxigenasa
RUBISCO
![Page 49: ETAPA II](https://reader035.fdocuments.ec/reader035/viewer/2022070408/568143cc550346895db058b6/html5/thumbnails/49.jpg)
ENLACE DE REACCIONES DE LA FOTOSÍNTESIS ENTRE LA MEMBRANA DEL TILACOIDE Y ESTROMA DENTRO
DEL CLOROPLASTO
![Page 50: ETAPA II](https://reader035.fdocuments.ec/reader035/viewer/2022070408/568143cc550346895db058b6/html5/thumbnails/50.jpg)
FOTOSINTESIS COMO PROCESO BIOLÓGICO DE ÓXIDO REDUCCIÓN
VARIACIONES EN EL MECANISMO DE FIJACIÓN DE CO2
METABOLISMO DE LOS CARBOHIDRATOS
ABSORCIÓN DE LUZ Y CONVERSIÓN DE ENERGÍA
RESPIRACIÓN Y FOTORRESPIRACIÓN
DISTRIBUCIÓN, MOVILIZACIÓN Y TRANSPORTE DE SOLUTOSY ASIMILADOS EN LA PLANTA
![Page 51: ETAPA II](https://reader035.fdocuments.ec/reader035/viewer/2022070408/568143cc550346895db058b6/html5/thumbnails/51.jpg)
4. El Ciclo de Calvin y Benson se realiza en:a. Tilacoidesb. Citosolc. Mitocondriasd. Estroma
5. En el ciclo de Calvin el CO2 es fijado por a. ácido tres fosfoglicérico b. ácido pirúvico c. ribulosa 1,5 bifosfato
6. La enzima que cataliza la reacción anterior se denomina a. Rubisco b. Piruvato carboxilasac. Fosfoglicero carboxilasa
QUIZ