FotosíntesisCapturando la energía lumínicaPara activar el Ciclo de Calvin

Asignatura de Biología. Primero Medio. Unidad Células.Metabolismo celular.

Colegio Talcahuano. Avenida colón N º 2910. Fono (56)-(41)-583184

FOTOSÍNTESISProceso 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

CO2

Luz solar

Oxígeno

Fotosíntesis

Azúcares

Respiración celular

Energía (ATP)

Oxígeno

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

El oxígeno que producen las plantas proviene del oxígeno que está formando el agua

Agua

CO2

Luz solar

OxígenoAzúcares

Energía (ATP)

¿Cómo se puede comprobar que el oxígeno producido en la fotosíntesis proviene del agua?

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 ATP- sintetasa.

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 glucosa oxígeno 6CO2 + 6H2O ------> 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 3-fosfoglicerato

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 3- fosfato 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 plantas CAM

Abren sus estomas sólo de noche para evitar la pérdida de agua por los estomas durante el dia.

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