Fotosíntesis` final2009

Bio 111

2009

• Luz se transforma en energía química(compuesto orgánico)

• Ocurre en el cloroplasto

• Requiere pigmentos fotosintéticos

• Plantas, algas, bacterias fotosintéticas

• CO2 se convierte en carbohidrato

luz

6 CO2 + 12H2O ---> C6H12O6 +6O2 +6H2O

clorofila

Figure 7-1 Biology: Life on Earth 8/e ©2008 Pearson Prentice Hall, Inc.

photosynthesis

cellularrespiration

(mitochondrion)

O2ATP sugar CO2H2O

(chloroplast)

Luz◦Compuesta de fotones

Luz visible es una porciónpequeña del espectroelectromagnético◦ La energía viaja en ondas◦Onda corta más energía que ondalarga

Fotosíntesis es un procesoredox◦ Se captura la energía solar y se transforma en carbohidrato◦Hidrógenos del agua reducen el carbono◦Oxígeno del agua se oxida

TV andradiowaves

Micro-waves

Infrared

Visible

UV

X-rays

Gammarays

Colorspectrumof visiblelight

Red

Orange

Yellow

Green

Blue

Violet

760 nm

700 nm

600 nm

500 nm

400 nm

380 nm

One wavelength

Longer wavelength

Electromagneticspectrum Shorter wavelength

100µm

(a)

Wavelength of light (nm)

(b)

Cloroplastos◦Organelos rodeados de doblemembrana◦ Lugar de fotosíntesis◦ Localizados principalmente en el mesófilo de la hoja

Palisademesophyll

Vein

Spongy mesophyll

Stoma(a)

Figure 7-2d Biology: Life on Earth 8/e ©2008 Pearson Prentice Hall, Inc.

Chloroplast

channelinterconnectingthylakoids

stroma

thylakoid

outer membrane

inner membrane

10µm(b)

Thylakoids Outer membrane

Innermembrane

Intermembranespace

Thylakoidmembrane

Stroma Granum(stack ofthylakoids)

Thylakoidlumen(c)

Clorofila◦ Pigmento fotosintético -principal◦Clorofila a, clorofila b, carotenoides, se encuentran en las membranastilacoides de los cloroplastos

Fotosistemas I y II◦Dos tipos de unidades fotosintéticas◦Cada fotosistema incluye Moléculas de clorofila Complejos de antenas

◦ Centro de reacción del Fotosistema I P700 pico de absorción en 700 nm

◦ Centro de reacción Fotosistema II P680 pico de reabsorción en 680 nm

Primaryelectronacceptor

Photon

Photosystem

Chloroplast

Thylakoid

Antennacomplexes

Reactioncenter

e–

Esti

mat

ed a

bso

rpti

on

(%

)

Wavelength (nm)

Chlorophyll b

Chlorophyll a(a)

Rel

ativ

e ra

te o

f p

ho

tosy

nth

esis

Wavelength (nm)

(b)


chlorophyll b

Wavelength (nanometers)

Micro-

wavesGamma rays X-rays UV Infrared

Radio

waves

Visible light

higher energy(too much)

lower energy(not enough)

light absorp

tion

(perc

ent)

Absorbance of photosynthetic pigments

chlorophyll a

carotenoids

Fases de fotosíntesis◦Dependiente de luz tilacoides Los electrones energizados por la luz se

convierten en ATP

◦ Fijación de carbono estroma Compuestos productos de la fase

dependiente se requieren para la formación de carbohidrato


CO2

LIGHT-DEPENDENTREACTIONS(in thylakoids)

LIGHT-INDEPENDENTREACTIONS(in stroma)

DEPLETEDCARRIERS

(ADP, NADP+)

ENERGIZEDCARRIERS

(ATP, NADPH)

H2O

glucose

O2


O2

energy fromsunlight

chloroplast

Light-independentreactions(C3 cycle) occurin stroma.

Light-dependentreactions areassociated withthylakoids.

CO2

NADP+

sugar

NADPH

ADP

ATP

H2O

La luz es absorbida por la clorofila

Clorofila excitada-nivel energético alto

Libera electrones altos en energía, se ioniza, queda con carga positiva-Fotoionización

Electrones pasan cadena transporte

Se degradan energéticamente cíclica

no cíclica

La clorofila se neutraliza

Transporte de electronescíclica◦ Electrones del fotosistema I regresanal fotosistema I◦ Se genera ATP por quimiosmosis◦No NADPH, no O2

Light-dependent reactions Carbon fixation reactions

ATP

ADP

NADPH

NADP+

Lightreactions

Calvincycle

H2O O2CO2

Carbohydrates

Chloroplast

Light-dependent reactions(in thylakoids)

Carbon fixation reactions(in stroma)

ATP

ADP

NADPH

NADP+

Lightreactions

Calvincycle

H2O O2CO2

Carbohydrates

Chloroplast

Transporte de electrones no cíclica◦ Se forma ATP y NADPH◦ Electrones energizados por luz son aceptados por NADP+

◦Una serie de reacciones redox◦ Electrones que provienen de P680 son reemplazados por los queprovienen del H2O◦Ocurre fotolisis

H2O -- ½ O2 + 2H+ 2e_

Oxi

dat

ion

-re

du

ctio

n p

ote

nti

al (

volt

s) (

rela

tive

en

ergy

leve

l)



NADPHNADP+

H2O

ATP

O2

ADP

1

2

Photosystem II(P680)

Productionof ATP bychemiosmosis

H+

Ferredoxin

Plastiquinone

Cytochromecomplex

Plastocyanin

1/2 + 2 H+

Pi

A0

A1

FeSx

FeSB

FeSA

Photosystem I(P700)

(from medium)

Electrontransportchain

Electrontransportchain

2e-

2 e

Figure 7-8 (part 2) Biology: Life on Earth 8/e ©2008 Pearson Prentice Hall, Inc.

C3

cycle

PSII PSIETC

stroma

ETC

thylakoid space

Energy fromenergizedelectrons powersNADPH synthesis.

Flow of H+ downconcentration gradientpowers ATP synthesis.

Energy from energizedelectrons powers activetransport of H+ by ETC.

High H+ concentrationgenerated by activetransport.

H+ channel coupledto ATP-synthesizingenzyme.

Energy-carriermolecules powerthe C3 cycle.

Síntesis de ATP y transporte de electrones◦ Electrones se mueven en cadena de electrones◦ Protones (H+) se mueven de la estroma hacia el lumen del tilacoide, creando un gradiente de protones

Figure E7-2 (part 2) Biology: Life on Earth 8/e ©2008 Pearson Prentice Hall, Inc.

stroma

thylakoidmembrane

photosystem II

2e–

ATPADP

P

Active transport

of hydrogen ions.

High H+ concentration

in thylakoid space.

H+ ion channel coupled

to ATP synthesizing

enzyme.

Flow of H+ powers

ATP synthesis.

ATP se utilizan en estroma

NADPH se utiliza en estroma

O2 se libera al aire

Stroma

Thylakoid lumen

Thylakoid membrane Photons (H+)

Light-dependent reactions Carbon fixation reactions

ATP

ADP

NADPH

NADP+

Lightreactions

Calvincycle

H2O O2CO2

Carbohydrates

Chloroplast

Fijación del Carbono◦ Se forma carbohidrato a partir de CO2 , ATP, y NADPH

12 NADPH + 18 ATP + 6 CO2 →

C6H12O6 + 12 NADP + + 18 ADP + 18 Pi + 6 H2O

Fases del ciclo de Calvin

◦ capturar CO2

◦ reducción del carbono

◦ regeneración de RuBP

Figure 7-12a Biology: Life on Earth 8/e ©2008 Pearson Prentice Hall, Inc.

CO2

C3 plants use the C3 pathway

bundle-sheathcells

In a C3 plant, mesophyll cellscontain chloroplasts; bundle-sheath cells do not.

Much photorespirationoccurs under hot, dryconditions.

Little glucoseis synthesized.

rubisco

G3P

CO2

PGA

O2

RuBP

glucose

within mesophyll chloropaststoma

C3

Cycle

CO 2 molecules arecaptured by RuBP,resulting in an unstableintermediate that isimmediately brokenapart into 2 PGA

PGA is phosphorylatedby ATP and reduced byNADPH. Removal of aphosphate results information of G3P.

Through a series ofreactions G3P isrearranged into newRuBP molecules oranother sugar

Glucose and othercarbohydrate synthesis

2 moleculesof glyceraldehyde-3-phosphate (G3P)

6 molecules ofribulose bisphosphate(RuBP)

CALVINCYCLE

Carbonreductionphase

RuBPregenerationphase

CO2 uptakephase

12 NADPH

12 ADP

12 molecules ofphosphoglycerate(PGA)

12 ATP

6 molecules of CO2

10 moleculesof G3P

6 molecules of ribulosephosphate (RP)

ATP

6 ADP

P

P

P

P

P

P P

P

12 moleculesof glyceraldehyde-3-phosphate (G3P)

1

32

12 NADP+

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