FOTOSÍNTESIS

Grupo- 605

Ávila Domínguez Alejandra. Betanzos Jiménez Luis Ángel. García Aragón Axel. González Hernández Wendy Carolina. Hernández Romero Yetlanezi. Murcia Labra Adriana.

¿QUÉ ES LA FOTOSÍNTESIS?

Los cloroplastos tienen la capacidad de convertir la energía luminosa en energía química mediante el proceso de la fotosíntesis, el cual se efectúa mediante dos tipos de reacciones, las luminosas y las oscuras.

¿QUÉ ORGANISMOS REALIZAN ESTE PROCESO?

Las plantas, las algas y ciertas bacterias son los organismos que pueden realizar este proceso.

A este tipo de organismo se les llama autótrofos, organismos que pueden producir sus propios alimentos a partir de materias primas inorgánicas, y por lo tanto no dependen de otros organismos para su nutrición.

¿QUÉ ORGANELO CELULAR LA LLEVA ACABO Y QUÉ ESTRUCTURA TIENE?

Los cloroplastos los cuales se encuentran en células vegetales y en organismos muy sencillos. Como algas y protozoarios. Los cloroplastos contienen la clorofila, en el interior de los cloroplastos se pueden observar los tilacoides . Varios tilacoides semejan pilas de monedas, cada pila de monedas es una grana. Las granas están rodeadas de una sustancia gelatinosa llamada estroma.

FASE FOTOQUÍMICA

• La energía luminosa que absorbe la clorofila se transmite a los electrones externos de la molécula.

• Esta energía puede ser empleada en la síntesis

de ATP mediante la fotofosforilación, y en la síntesis de NADPH.

• Ambos compuestos son necesarios para la siguiente fase o ciclo de calvin, donde se sintetizarán los primeros azúcares que servirán para la producción de sacarosa y almidón.

Existen dos variantes de fosforilación: acíclica y cíclica, según el tránsito que sigan los electrones a través de los fotosistemas. Las consecuencias de seguir un tipo u otro estriban principalmente en la producción o no de NADPH y en la liberación o no de O2.

FOTO FOSFORILACIÓN ACÍCLICA

Este proceso permite la formación de ATP y la reducción de NADP+ a NADPH + H+, y necesita de la energía de la luz

Se realiza gracias a los llamados fotosistemas, que se encuentran en la membrana de los tilacoides (en los cloroplastos).

FASE LUMINOSA

Los fotones inciden sobre el fotosistema II, excitando y liberando dos electrones, que pasan al primer aceptor de electrones, la feofitina.

Los electrones los repone el primer dador de electrones, el dador Z , con los electrones procedentes de la fotólisis del agua en el interior del tilacoide(la molécula de agua se divide en 2H+ + 2e- + 1/2O2

Los protones de la fotólisis se acumulan en el interior del tilacoide, y el oxígeno es liberado.

Los electrones pasan a una cadena de transporte de electrones, que invertirá su energía liberada en la síntesis de ATP.

Los electrones de los citocromos pasan a la plastocianina,que los cede a su vez al fotosistema I.

Con la energía de la luz, los electrones son de nuevo liberados y captados por el aceptor A0.

El balance final es: por cada molécula de agua

(y por cada cuatro fotones) se forman media molécula de oxígeno, 1,3 moléculas de ATP, y un NADPH + H+.

IMAGEN RECUPERADA DE:HTTP://ES.WIKIPEDIA.ORG/WIKI/ARCHIVO:ETAPA.LUMINOSA.JPG

FOTOFOSFORILACIÓN CÍCLICA

En la fase luminosa o fotoquímica cíclica interviene de forma exclusiva el fotosistema I, generándose un flujo o ciclo de electrones que en cada vuelta da lugar a síntesis de ATP. Al no intervenir el fotosistema II, no hay fotólisis del agua y, por ende, no se produce la reducción del NADP+ ni se desprende oxígeno. Únicamente se obtiene ATP.

FASE OSCURA

En esta fase, se va a utilizar la energía química obtenida en la fase luminosa, en reducir CO2, Nitratos y sulfatos y asimilar los bioelementos C, H, y S, con el fin de sintetizar glúcidos, aminoácidos y otras sustancias.

El proceso de reducción del carbono es cíclico y se conoce como Ciclo de Calvin., en honor de su descubridor M. Calvin.

IMAGEN RECUPERADA DE.HTTP://KAMBRY.ES/APUNTES%20WEB/PAGINAS%20WEB%20DE%20MATEMATICAS/ANALISIS_ALGEBRA/IMAGENES/BIOLOGIA/FOTOSINTESIS/CICLO_CALVIN.JPG

CARBOXILATIVA

El CO2 se fija a una molécula de 5C, la ribulosa 1,5 difosfato, formándose un compuesto inestable de 6C, que se divide en dos moléculas de ácido 3 fosfoglicérico conocido también con las siglas de PGA.

REDUCTIVA

El ácido 3 fosfoglicérico se reduce a gliceraldehido 3 fosfato, también conocido como PGAL,utilizándose ATP Y NADPH.

REGENERATIVA/SINTÉTICALas moléculas de gliceraldehido 3

fosfato formadas siguen diversas rutas; de cada seis moléculas, cinco se utilizan para regenerar la ribulosa 1,5 difosfato y hacer que el ciclo de calvin pueda seguir, y una será empleada para poder sintetizar moléculas de glucosa (vía de las hexosas), ácidos grasos, amoinoácidos... etc; y en general todas las moléculas que necesita la célula

TIPOS DE FOTOSÍNTESISFotosíntesis vegetal Las plantas toman dióxido de carbono

del aire y agua del suelo y, con la energía del sol, sintetizan glucosa, un hidrato de carbono rico en energía (E), y liberan oxígeno. Este proceso tiene lugar en las hojas gracias a la clorofila, un pigmento contenido en los cloroplastos, unos orgánulos propios de las células vegetales.

Fotosíntesis bacteriana

En la fotosíntesis anoxigénica o bacteriana los organismos que la realizan no utilizan el agua como elemento dador de electrones, por lo que no existe producción de oxígeno.

Existen tres tipos de organismos que realizan esta fotosíntesis: las sulfobacterias purpúreas y las sulfobacterias verdes, las cuales emplean sulfuro de hidrógeno, y las bacterias verdes que utilizan materia orgánica como sustancia donadora de electrones (por ejemplo, el ácido láctico).

IMPORTANCIA DE LA MOLÉCULA DE AGUA Es absorbida por las raíces y es

el solvente que transporta las sales minerales en el interior de la planta.

Los electrones del agua son utilizados para reponer los electrones que se desprenden de la clorofila durante la fase luminosa.

Los Protones sirven para formar un gradiente quimiosmótico para la formación del ATP. Cada átomo de oxígeno se une a otro (Proveniente de otra molécula de agua) para formar el oxígeno molecular que se libera a la atmósfera y constituye el oxígeno que respiramos.

PROCEDENCIA DEL CARBONO UTILIZADO EN LA FOTOSÍNTESIS•CO2

- Producto de desecho de la respiración.

- Utilizado para la formación de glucosa.

- Su utilización no requiere la presencia de luz, por lo que la glucosa se produce durante la reacción oscura de la fotosíntesis.

- Estomas: Aberturas localizadas en mayor proporción en el envés de las hojas.

-Son el sitio por donde se realiza el intercambio de gases de las plantas (entra el CO2 para la fotosíntesis y sale el O2 producido).

PRODUCTOS INICIALES Y FINALES DE LA FOTOSÍNTESIS

* Se necesitan

Clorofila, fotones (luz solar) y agua.

* Productos iniciales

Materia inorgánica: Agua, CO2 y sales minerales.

* Productos finales

Materia orgánica: Azúcares (glucosa), ácidos grasos, aminoácidos y O2.

LA LUZ EN LA FOTOSÍNTESIS

La fotosíntesis es una reacción endergónicarequiere energía.

Energíaproviene de la luz del Sol es captada por la clorofilala transforma en energía química.

REACCIONES DE LUZ

En los procesos que dependen de la luz, cuando un fotón es capturado por un pigmento fotosintético, se produce la excitación de un electrón, el cual es elevado desde su estado basal respecto al núcleo a niveles de energía superior, pasando a un estado excitado. Después de una serie de reacciones de oxido-reducción, la energía del electrón se convierte en ATP y NADPH.

¿CÓMO SE UTILIZA LA LUZ?

Pigmento:

-Cualquier sustancia que absorbe luz.

- El color de un pigmento es el resultado de la longitud de onda reflejada (no absorbida).

En los grana de los cloroplastos clorofilas a y b (pigmento verde de todas las células fotosintéticas) y algunos pigmentos accesorios.

- Funcionan como antenas receptoras de luz y de concentración de energía.

¿CÓMO SE UTILIZA LA LUZ?

Primeras reaccionesLuz = Fase Luminosa (en la membrana de los grana).

Parte de los productosestroma del cloroplastoNo luz = Fase oscura.

Fase Luminosa

Reacciones cíclicas

Reacciones no cíclicas

Fotosíntesis Fotosistema I y II

Fotosíntesis

Fotosistema I

•Fotosistemas

- Se localizan en la membrana de los grana de los cloroplastos. - Cada fotosistema está formado por tres partes: el centro de reacción, la trampa energética y el sistema de transporte de electrones

Centro de reacción

Dos centros de reacción en los fotosistemas.

- P700 fotosistema Iclorofila a 700nmabsorbe color rojo.

- P680 fotosistema II clorofila a 680nm absorbe un tono más anaranjado que el rojo.

Antenas colectoras de luz (trampa energética)

- Formadas por moléculas de clorofila y otros pigmentos ubicados cerca de cada centro de reacción.

- Captan constantemente la luz y la transmiten hacia el centro de reacción.

- Cuando la clorofila a del centro de reacción absorbe suficiente energía, un electrón de dicha molécula se excita y escapa de su órbita:

energía luminosa energía química

Sistema de transporte de electrones

Para que la energía química liberada por el electrón de la molécula de clorofila a del centro de reacción no se pierda, se activan, varias coenzimas acarreadoras = sistema de transporte de electrones.

- Fotosistemas I y II energía de los electrones fotoactivados (activados por la luz) concentrar protones en el lumen del tilacoide energía libre ATP.

- Fotosistema I protonesfunción de reducir la coenzima NADP+ (nicotín adenín difosfato) a NADPH+H+ (nicotín, adenín difosfato reducido).

- ATP y NADPHfase oscura de la fotosíntesis.

¿COMO SE PRODUCE EL OXIGENO?

Parte del oxígeno se origina como subproducto de la fotosíntesis. La ecuación general muestra el proceso de las plantas verdes:

6 CO2 + 6H2O -à C6H12O6 + 6O2

El oxígeno que produce la fotosíntesis proviene del agua que es oxidada por deshidrogenación. Este proceso es endotérmico.

FASES LUMINOSAS Y SINTÉTICA DE LA FOTOSÍNTESIS. SUSTRATO Y PRODUCTOS

DE AMBAS ETAPAS E INTERRELACIÓN ENTRE LAS MISMAS.

Visión Global del proceso fotosintético en la hoja y esquema de una célula vegetal mostando más en detalle la estructura del cloroplasto

¿CUAL ES LA DIFERENCIA ENTRE LA FOTOSINTESIS DE UN NOPAL Y EL MAÍZ?

EL NOPAL ACTUA POR LA VIA CAM Y EL MAIZ A TRAVES DE LA C4.

Las vías C4 y CAM involucran mecanismos especializados para la concentración y transporte del CO2 a los sitios de fijación por RUBISCO (vía C3), pagando un precio extra en términos de ATP por unidad de CO2 fijado.

En aquellos ambientes con restricciones hídricas constantes, estacionales o diarias como son las zonas áridas, semiáridas y ambientes epifíticos las plantas C4 y CAM funcionan como especialistas de grán éxito con mayor EUA (Eficiencia en el uso de agua) en comparación con las plantas C3.

Las modificaciones bioquímicas con lo cual se consigue esto se relacionan con el aumento en la cantidad y eficiencia de acción de la anhidrasa carbónica (AC) y con la acción de un sistema de bombeo del CO2 conseguido a través de la acción de la fosfoenolpiruvatocarboxilasa (PEPc) y ATPasas de membrana.

Para las plantas C4 el resultado de las modificaciones evolutivas es que el CO2 es fijado en dos compartimientos diferentes.

En las plantas CAM el resultado de las modificaciones evolutivas es que el CO2 es fijado en dos etapas separadas temporalmente. Durante la noche la apertura de los estomas permite la difusión de CO2 que es fijado como HCO3 por la AC y es tomado por la PEPc que lo incorpora en ácidos C4 que se acumulan en las vacuolas vía una bomba de membrana ATP dependiente.

El CO2 liberado, que alcanza concentraciones internas muy altas, es fijado en los cloroplastos por RUBISCO para incorporarlo al ciclo de Calvin.

Aproximadamente la mitad de las plantas CAM conocidas son epífitas de zonas tropicales o subtropicales.

Bajo condiciones severas de deficiencia de agua las plantas CAM son capaces de mantener una tasa de crecimiento pequeña sin comprometer la supervivencia. Por otro lado, bajo condiciones de no deficiencia en el aporte de agua las plantas CAM se encuentran entre las más productiva conocidas, como es el caso de la piña.

¿PORQUE ALGUNAS PLANTAS COMO EL TILO AMERICANO, EL CHICHARO O LAS HABAS NO CRECEN BIEN EN CLIMAS ARIDOS?

El valor de pH de los suelos puede variar ampliamente; valores normales son 5-7 para zonas húmedas y 7-8.5 para zonas áridas

CHICHARO

Los guisantes son una cosecha de estación fresca que se puede disfrutar tanto en primavera como en otoño.

Requiere una tierra suelta y ligera. Este cultivo no tolera suelos muy ácidos, necesita una posición soleada y riegos frecuentes

chícharo

HABAS

El cultivo de las habas se da especialmente en zonas frías y templadas. La temperatura óptima está en torno a los 15°C.

El haba prefiere los suelos con buen drenaje, aunque soporta también los arcillosos; prefiere un pH entre 6 y 7,5. Requiere bastante humedad. No es particularmente fotófila, y al ser tolerante a las heladas en su desarrollo temprano se adapta a las condiciones de las zonas de montaña.

FACTORES QUE INFLUYEN EN LA FOTOSÍNTESIS

1.Intensidad luminosa: La actividad fotosintética aumenta con la intensidad luminosa hasta alcanzar un límite máximo característico de cada especie. Para una misma intensidad luminosa, el rendimiento fotosintético es superior en las plantas adaptadas a climas secos y calurosos.

Concentración de CO2: La actividad fotosintética aumenta conforme va creciendo la concentración de CO2, hasta alcanzar un límite en el que se estabiliza.

3. Temperatura: Como toda actividad enzimática, la fotosíntesis aumenta con la temperatura hasta alcanzar un límite máximo (variable según las especies de climas cálidos, templados o fríos), por encima del cual se produce la desnaturalización de los enzimas.

4. Fotoperíodo: El rendimiento está en relación directa a las horas de exposición a la luz que tenga la planta.

5. Humedad ambiental: Cuando hay escasez de agua, los estomas (aberturas de la epidermis de las zonas verdes de las plantas superiores) se cierran para evitar pérdidas de agua por transpiración, lo cual dificulta el paso de CO2 y la actividad fotosintética disminuye.

6. Concentración de O2: si aumenta baja el rendimiento fotosintético debido a las pérdidas por fotorrespiración.

FOTOSÍNTESIS DURANTE EL OTOÑOCuando el verano acaba y llega el otoño, los días se hacen cada vez más cortos y la luz es cada vez menos intensa. Esta es la manera con la cual los árboles "saben" que se deben preparar para el invierno.

En invierno no hay la suficiente luz o agua como para hacer la fotosíntesis. Los árboles descansarán y vivirán con el alimento que almacenaron durante el verano. Así, en otoño empiezan a cerrar sus fábricas de comida.

La clorofila de las hojas desaparece y, poco a poco, a medida que su color verde se desvanece, empezamos a ver colores naranjas y amarillos. Estos colores ya existían durante el verano, pero no los podíamos ver porque quedaban cubiertos por el verde de la clorofila.

Los rojos brillantes y los lilas corresponden a sustancias fabricadas exclusivamente en otoño. En algunos árboles, como los arces, la glucosa queda atrapada en las hojas cuando la fotosíntesis se para. La luz del Sol y las noches frías del otoño hacen que la glucosa se vuelva roja. El marrón que aparece en las hojas de algunos árboles, como los robles, proviene de productos de desecho que se acumulan en las hojas.

IMPORTANCIA DE LA FOTOSÍNTESIS PARA EL MANTENIMIENTO DE LA VIDA EN EL PLANETA

1.- La síntesis de materia orgánica a partir de la inorgánica se realiza fundamentalmente mediante la fotosíntesis; luego irá pasando de unos seres vivos a otros mediante las cadenas tróficas, para ser transformada en materia propia de los diferentes seres vivos.

2.- Produce la transformación de la energía luminosa en energía química, necesaria y utilizada por los seres vivos.

3.- En la fotosíntesis se libera oxigeno, que será utilizado en la respiración aerobia como oxidante.

4.- La fotosíntesis fue causante del cambio producido en la atmosfera primitiva, que era anaerobia y reductora

5.- De la fotosíntesis depende también la energía almacenada en combustibles fósiles como carbón, petróleo y gas natural.6.- El equilibrio necesario entre seres autótrofos y heterótrofos no sería posible sin la fotosíntesis.

7.- Se vuelve a utilizar el CO2, producido por los animales y por los procesos de putrefacción o descomposición. De otra manera el CO2, saturaría el planeta.8.- Se restituye el oxigeno al aire y se hace posible la respiración.

En general, la diversidad existente en la Tierra depende principalmente de la fotosíntesis.

FACTORES AMBIENTALES PUEDEN ALTERAR EL PROCESO FOTOSINTÉTICO

Luz: Puede afectar la fotosíntesis por tres de sus propiedades: calidad, cantidad y duración. La luz blanca contiene todo el espectro visible y la calidad de luz necesaria para estimular los pigmentos fotosintéticos.

La cantidad de luz se refiere a la intensidad luminosa. Cuando ésta aumenta la fotosíntesis también lo hace, pero si la intensidad de la luz es excesiva esta frena el proceso fotosintético.

La duración de la luz, es decir las horas de exposición a la luz durante el día, son también un factor importante para la fotosíntesis. En invierno, por ejemplo, la menor cantidad de luz reduce la tasa fotosintética, por lo que las plantas consumen sus reservas.

La disponibilidad de agua: Este factor afecta cuando las células fotosintéticas sufren deficiencias. Corresponde principalmente al agua absorbida por las raíces.

La temperatura: es un factor ambiental muy variable; como los anteriores puede variar durante el día o a lo largo de un año. Los diferentes climas hacen variar la temperatura. Existen plantas de zonas frías que pueden realizar fotosíntesis a 0ºC y otras adaptadas a altas temperaturas (como las plantas del desierto o plantas C4) que producen fotosíntesis entre los 15 y 35º C.