Fisiologia Vegetal Fotosintesis Fase Luminosa

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  • 7/22/2019 Fisiologia Vegetal Fotosintesis Fase Luminosa

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    Fotosntesis

    Universidad San PedroFacultad de Ingeniera Agraria

    Ing. Yuri Holsin Calle Cheje

    [email protected]

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    Fotosntesis sntesis usando luz (phots = luz,synthesis = formacin)

    Las plantas captan la energa luminosa del Sol parasintetizar molculas orgnicas complejas a partir delCO2, agua y elementos minerales: Carbohidratos

    (glucosa, almidn, celulosa, etc.), lpidos (aceites,grasas, vitaminas, etc.), protenas y cidos nucleicos(ADN y ARN).

    La energa almacenada en molculas orgnicas esusada en diferentes procesos celulares y sirve comofuente de energa para todas las formas de vida.Involucra procesos de oxidacin y reduccin.

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    La energa consumida por los seres vivos en la Tierra

    procede de la fotosntesis:

    Luz

    n CO2 + 2n H2O (CH2O)6 + n O2 +n H2O

    cloroplastosLa fotosntesis empieza con la absorcin de fotones(energa luminosa) a travs pigmentos.

    Los fotones excitan a los pigmentos fotosintticosanclados en las membrana de los tilacoides delcloroplasto.Los cloroplastos se encuentran en clulas

    fotosintticas.

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    Joseph Priestley (1771) Produccin de oxgeno en plantas de

    menta. Las plantas mejoraban el aire viciado por la respiracin de losanimales.

    Jan Ingenhousz (1779) Demostr la importancia de la luz parapurificar el aire viciado. Las plantas viciaban el aire en la oscuridad

    Jean Senebier(1782) En la noche las plantas y animales producanCO2 y, en el da, las plantas purificaban el aire al producir O2.

    Theodore de Saussure(1804) Intercambio de volmenes iguales deCO2 y O2; las plantas ganaban ms peso seco cuando el peso del CO2

    absorbido exceda el peso de O2 liberado.

    Julius Sachs (1864) Detect la formacin de granos de almidn enlas reas de las hojas que haban sido expuestas a luz.

    Breve Historia

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    Reaccin qumica de la fotosntesis (fines Siglo XIX) :

    Luz

    6 CO2 + 6 H2O C6H12O6 + 6 O2planta

    donde C6H12O6 es un azcar simple (glucosa).

    La glucosa no es el producto final de las reacciones de fijacin delcarbono sino un compuesto de tres carbonos (3C):

    Gliceraldehido-3-Fosfato (GAP); a partir del cual se sintetizan lasdistintas molculas orgnicas, principalmente glucosa.

    Con la glucosa se forma almidn, celulosa y otros carbohidratosesenciales en la constitucin de las plantas

    n CO2 + 2n H2O (CH2O)6 + n O2 +n H2O

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    FOTOSINTESIS ES UNA REACCION DE OXIDO- REDUCCION

    La molcula que se oxida el H2O , y el que se reduce es el CO2

    . OXIDACION DEL AGUA O REACCION DE HILL

    Robert Hill (1937) Liberacin de O2 al iluminar una suspensin de tilacoidesde cloroplastos aislados; utiliz una sal frrica como aceptor de electrones.En presencia de luz, la solucin de cloroplastos oxidaba el H2O (donador deelectrones) y reduca la sal frrica (aceptor de electrones).

    Luz 4 e-4 Fe3+ + 2H2O 4 Fe

    2+ +O2 + 4 H+

    Cloroplastos

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    Hill determin que:

    La fuente de electrones en la fotosntesis es el aguaEl oxgeno producido en la fotosntesis proviene de la fotlisis del agua.

    Reaccin dependiente de luz y ocurre independientemente de la fijacin de CO2.

    En 1951: Vitamina B (niacina o nicotinamida), contiene la coenzimaNicotinamida Adenin Dinucletido Fosfato (NADP+); forma reducidaNADPH que transfiere electrones a un buen nmero de compuestos vegetales.

    Daniel Arnon (1954) En los cloroplastos se forma ATP en presencia de luz.Proceso llamado fotofosforilacinofosforilacin fotosinttica.

    Luz

    ADP y H2PO4- ATP + H2O

    Cloroplastos

    La formacin de ATP ademas tambin ocurre en las mitocondrias durante larespiracin: fosforilacin oxidativa

    Las energas del ATP y NADPH son utilizadas en los procesos de reduccin delCO2 (CICLO DE CALVIN) y sntesis de carbohidratos. El ADP, Pi y el NADP

    + son

    nuevamente liberados.

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    Los fotosistemas son conjuntos de pigmentos que se agrupan

    segn su naturaleza, constituyendo:

    FOTOSISTEMAS

    -Las molculas antena.

    Molculas (varios cientos),que absorben la luz.

    -El centro de reaccin.

    Encargado de transferir loselectrones a un aceptor

    adyacente.

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    Cuando un fotn es capturado por un pigmento fotosinttico, un

    electrn es elevado desde su estado basal respecto al ncleo, a

    niveles de energa superiores (pasa a un estado excitado).

    FOTOEXITACION

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    Los dobles enlaces de la

    clorofila son los que se

    debilitan y transfieren sus

    electrones pero es

    inmediatamente cambiado

    por electrones

    provenientes de la fotolisis

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    - Fotosistema I (FSI). Se encuentra principalmente en la

    membrana de los tilacoides y en las regiones cercanas al

    stroma del cloroplasto. Su centro de reaccin se denomina

    P700 porque contiene dos molculas de clorofila a, cuyopromedio de longitud de onda que absorbe es de 700 nm

    - Fotosistema II (FSII). Se localiza en membrana del

    tilacoide, centro de reaccin se denomina P680 porque

    contiene dos molculas de clorofila a, absorbe longitudes de

    onda en promedio de 680 nm.

    Tipos de fotosistema:

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    El Cloroplasto

    Tilacoides delEstroma

    Membranas externae interna Estroma

    Grana

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    Tilacoide delGrana (FS II)

    Estroma

    Membrana

    interna

    Tilacoide

    Tilacoide del

    Estroma (FS I)

    Espacio

    Intermembranal

    Membrana

    externa

    El Cloroplasto

    Grana

    (tilacoides apilados)

    Tilacoide del

    Estroma

    Tilacoide

    Canal del

    Tilacoide

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    Corte Tridimensional de un Cloroplasto

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    Tilacoide del lumen Membrana Tilacoide

    Estroma

    Estroma

    Tilacoides

    Membrana interna

    Membrana externa

    Grana

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    cloroplastosUbicados en el mesofilo de las hojas,

    de tal modo contiene gran cantidad demolculas de clorofila, el que es un

    pigmento con capacidad de recibir

    ciertas longitudes de onda debido a su

    doble enlace

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    Clorofila a y b

    Fitol

    Porfirina

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    Bacteria fotosinttica

    Membrana fotosinttica

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    Cloroplasto, alga

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    Cloroplasto, maz

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    La luz: forma de energa radiante. Pequeaparte del espectro electromagntico queocurre en el universo.

    El ojo humano ve entre 500-600 nm.

    Una flor es roja porque absorbe todos loscolores de la luz blanca excepto el rojo, el cuales reflejado.

    Las hojas absorben la luz azul y roja y reflejanel verde.

    La luz UV de 100-380 nm: UV-A (320-380nm), UV-B (280-320 nm) y UV-C ( 100-280nm). La luz UV es daina para la vida.

    La fotosntesis ocurre entre 400-700 nm:Radiacin Fotosintticamente Activa(PAR)

    La fotosntesis mxima ocurre en dos picos:

    435 nm (azul) y 675 nm (rojo)

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    Color Rango

    (nm)

    X

    (nm)

    Energa

    (KJ/mol)

    Ultravioleta 740 1400 85

    Descomposicin de la luz blanca y sus longitudes de onda

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    Espectro de Accin de la Fotosntesis

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    Parnquima en palizada

    epidermis

    Parnquima lagunar

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    1. Bacterioclorofila 4. Ficoeritrobilina2. Clorofila a 5. -caroteno3. Clorofila b

    Espectro de Absorcinde algunos pigmentosfotosintticos

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    Espectro deAbsorcin deCarotenos

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    Absorcin y Emisin de Luz por la clorofila

    Estado basal (estado de energa mas bajo)

    El ms alto estado de energa excitado

    El ms bajo estado deenerga excitado

    Fluorescencia(prdida de energapor emisin de luz de mas larga)

    Absorci

    n

    deluzazul

    Absorcin

    de

    luzroja

    Perdida de calor

    Fluorescencia

    Absorcin

    AZUL

    ROJO

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    Efectos Antagnicos de la luz sobre laoxidacin del Citocromo f (Duysens, 1961)

    Tiempo

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    Transferencia de Energa durante la Fotosntesis

    Transferencia de Energa Transferencia del Electrn

    Complejo Antena

    Molculas de pigmentos

    LuzAceptor

    Donador

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    La energa de los pigmentosaumenta con la distancia al Centrode Reaccin

    En condiciones ptimas lasexcitaciones absorbidas pueden serdirigidas hacia el Centro de Reaccin

    Energaperdida comocalor durantetransferenciade excitacin

    Energa delcentro dereaccin enestadoexcitadodisponible

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    Esquema Z (zig-zag)

    Reductordbil

    Oxidantefuerte

    Reductorfuerte

    Oxidantedbil

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    ElFS IIoxida el agua a O2 en el canal del tilacoide. Selibera protones dentro del canal.El complejo citocromo b6f recibe electrones del FS II ylos lleva al FS I. Tambin transporta protones

    adicionales desde el estroma al canal.

    El FS I reduce el NADP+ a NADPH en el estroma poraccin de la Ferrodoxina (Fd) y la flavoprotenaFerrodoxina-NADP Reductasa(FNR).LaATP sintasaproduce ATP a medida que los protonesdifunden desde el canal hacia el estroma.

    4 complejos integrales de membrana estn orientadosvectorialmente en la membrana del tilacoide

    T ansfe encia de e p otones en

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    Transferencia de e- y protones enla Membrana del Tilacoide

    Estroma : (Bajo H+)

    Lumen del tilacoide: (Alto H+)

    Gradiente depotencialelectroqumico

    Plastohidroquinona

    Plastocianina

    Oxidacin del agua

    Luz Luz

    alto

    bajo

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    Plastohidroquinona (PQ) : la quinona se reduce y seconvierte en plastoquinona, luego con una segundareduccion, al incorporarse ademas protones de hidrogeno se

    convierte en Hidroplastoquinona.

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    Pheo: Feofitina

    QA y QB: Quinonas CEO: Complejo Emisor de Oxgeno

    PQ: Plastohidroquinona

    PQH2: Plastohidroquinona reducida PC: Plastocianina

    Fd: Ferrodoxina

    FNR: Ferrodoxina-NADP Ox- Reductasa

    Fotosistema II

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    Fotosistema II

    Canal

    Estroma

    MembranaTilacoide

    Complejos cose-chadores de luz

    QAy QB: Plastoquinonas

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    Fotosistema I

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    Fotosistema I

    Ao= ClorofilaA1= FiloquinonaFd= Ferrodoxina

    Canal

    Estroma

    Luz

    Estroma

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    ATP SintasaEstroma

    Canal

    MembranaTilacoide

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    Organizacin de los complejos proteicosen la membrana del Tilacoide

    Estroma

    Canal

    MembranaTilacoide

    FOTOSNTESIS

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    FOTOSNTESIS

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    FASE I

    FASE II

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    Yuri Holsin Calle [email protected]