FotosíntesisFotosíntesisLucio Daniel Cárdenas

Docente

Naturaleza de la LuzNaturaleza de la Luz La luz blanca se descompone en diferentes colores (color = La luz blanca se descompone en diferentes colores (color =

longitud de onda) cuando pasa por un prisma. longitud de onda) cuando pasa por un prisma. La longitud de onda es la distancia de pico a pico (o de valle La longitud de onda es la distancia de pico a pico (o de valle

a valle). a valle).

La energía es inversamente proporcional a la longitud de La energía es inversamente proporcional a la longitud de onda: longitudes de onda larga tienen menor energía que las onda: longitudes de onda larga tienen menor energía que las

cortas.cortas.

Naturaleza de la LuzNaturaleza de la Luz La luz visible es una pequeña parte del espectro La luz visible es una pequeña parte del espectro

electromagnético. electromagnético. Cuanto más larga la longitud de onda de la luz Cuanto más larga la longitud de onda de la luz

visible tanto más rojo el color. Asimismo las visible tanto más rojo el color. Asimismo las longitudes de onda corta están en la zona longitudes de onda corta están en la zona

violeta del espectro.violeta del espectro. Las longitudes de onda mas largas que las del Las longitudes de onda mas largas que las del

rojo se denominan rojo se denominan infrarrojasinfrarrojas, y aquellas mas , y aquellas mas cortas que el violeta, cortas que el violeta, ultravioletasultravioletas..

Naturaleza de la LuzNaturaleza de la Luz

Naturaleza de la LuzNaturaleza de la Luz La luz tiene una naturaleza dual: se comporta La luz tiene una naturaleza dual: se comporta

como onda y partícula. como onda y partícula. Propiedades de la onda luminosa: Propiedades de la onda luminosa: la refracción de la onda cuando pasa de un material a la refracción de la onda cuando pasa de un material a

otro. otro. El efecto fotoeléctrico demuestra el comportamiento El efecto fotoeléctrico demuestra el comportamiento

de la luz como partícula. de la luz como partícula.

La Luz tiene propiedades explicables tanto por La Luz tiene propiedades explicables tanto por el modelo ondulatorio como por el corpuscular.el modelo ondulatorio como por el corpuscular.

Pigmentos FotosintéticosPigmentos FotosintéticosCualquier sustancia que absorbe luz y la Cualquier sustancia que absorbe luz y la

transforma en energía química. El color transforma en energía química. El color de un pigmento es el resultado de la de un pigmento es el resultado de la longitud de onda reflejada (no absorbida).longitud de onda reflejada (no absorbida).

Pigmentos FotosintéticosPigmentos Fotosintéticos• Los cloroplastos contienen Los cloroplastos contienen

principalmente clorofilas y principalmente clorofilas y carotenoides y en menor cantidad carotenoides y en menor cantidad ficobilinas (algas rojas y ficobilinas (algas rojas y verdeazules). verdeazules).

• Clorofilas, pigmentos verdes Clorofilas, pigmentos verdes ( clorofilas a, b, c, d, y e, la ( clorofilas a, b, c, d, y e, la bacterioclorofila a, bacterioclorofila b, bacterioclorofila a, bacterioclorofila b, y clorofila de clorobio y clorofila de clorobio (bacterioviridina)). (bacterioviridina)).

• Las clorofilas a y b son las mejor Las clorofilas a y b son las mejor conocidas y las más abundantes. conocidas y las más abundantes.

• Los carotenoides son compuestos Los carotenoides son compuestos lipídicos que presentan colores que lipídicos que presentan colores que varían desde el amarillo hasta el varían desde el amarillo hasta el púrpura (carotenos y xantófilas).púrpura (carotenos y xantófilas).

Pigmentos FotosintéticosPigmentos Fotosintéticos

Algas Café Algas Café (pardas)(pardas)

Alga verde Alga verde unicelular unicelular Euglena Euglena

sppspp

Algas Verde Algas Verde azulesazules

Pigmentos FotosintéticosPigmentos FotosintéticosClorofilaClorofila• Pigmento fotorreceptor Pigmento fotorreceptor

responsable de la primera responsable de la primera etapa en la transformación etapa en la transformación de la energía de la luz solar de la energía de la luz solar en energía química, en energía química,

• En los cloroplastos se En los cloroplastos se encuetra asociada a lípidos y encuetra asociada a lípidos y lipoproteínas. lipoproteínas.

• Existen dos tipos, la clorofila Existen dos tipos, la clorofila a y la clorofila b. a y la clorofila b.

Pigmentos FotosintéticosPigmentos FotosintéticosClorofilaClorofila• Contiene un anillo de porfirina y una Contiene un anillo de porfirina y una

cadena larga llamada fitol.cadena larga llamada fitol.• El anillo de porfirina es un tetrapirrol, El anillo de porfirina es un tetrapirrol,

que contiene un átomo de magnesio que contiene un átomo de magnesio (Mg2+). (Mg2+).

• El fitilo (o resto de fitol) es una El fitilo (o resto de fitol) es una cadena hidrocarbonada con restos cadena hidrocarbonada con restos de metilo (-CH3) a lo largo de de metilo (-CH3) a lo largo de carácter “hidrófobo”. La cadena del carácter “hidrófobo”. La cadena del fitilo sirve para anclar la molécula de fitilo sirve para anclar la molécula de clorofila en la estructura anfipática de clorofila en la estructura anfipática de los complejos moleculares en que los complejos moleculares en que residen las clorofilasresiden las clorofilas.

Pigmentos FotosintéticosPigmentos FotosintéticosSi un pigmento absorbe luz pueden Si un pigmento absorbe luz pueden

ocurrir una de estas tres cosas: ocurrir una de estas tres cosas: – La energía se disipa como calorLa energía se disipa como calor– La energía se emite La energía se emite

inmediatamente como una de inmediatamente como una de longitud de onda más larga, longitud de onda más larga, fenómeno conocido como fenómeno conocido como fluorescencia.fluorescencia.

– La energía puede dar lugar a una La energía puede dar lugar a una reacción química como en la reacción química como en la fotosíntesis. fotosíntesis.

La clorofila solo desencadena una La clorofila solo desencadena una reacción química cuando se asocia reacción química cuando se asocia con una proteína embebida en una con una proteína embebida en una membrana o los repliegues de membrana o los repliegues de membrana encontradas en ciertos membrana encontradas en ciertos procariotas fotosintéticos.procariotas fotosintéticos.

CloroplastoCloroplasto Orgánulos subcelulares de unos 5 a Orgánulos subcelulares de unos 5 a

10 μm de diαmetro.10 μm de diαmetro. Algunas algas solo tienen un Algunas algas solo tienen un

cloroplasto por célula, pero hay cloroplasto por célula, pero hay células de plantas superiores con células de plantas superiores con centenares. centenares.

El 50% de la proteína foliar se El 50% de la proteína foliar se encuentra formando parte de los encuentra formando parte de los cloroplastos.cloroplastos.

La forma y tamaño de los La forma y tamaño de los cloroplastos varía de unas plantas a cloroplastos varía de unas plantas a otras, y son característicos de otras, y son característicos de organismos eucarióticos organismos eucarióticos fotosintéticosfotosintéticos. .

CloroplastoCloroplasto

CloroplastoCloroplasto• Su estructura parecida a la mitocondrial pero aún más compleja: Su estructura parecida a la mitocondrial pero aún más compleja:

• Doble membrana (externa e interna) y entre ellas un espacio Doble membrana (externa e interna) y entre ellas un espacio intermembranoso. Numerosos sacos internos formados por intermembranoso. Numerosos sacos internos formados por membrana que encierran la clorofila. membrana que encierran la clorofila.

CloroplastosCloroplastos• Polimorfos y de color verde. Polimorfos y de color verde. • Su forma más frecuente es lenticular, ovoide o esférico.Su forma más frecuente es lenticular, ovoide o esférico.• El interior es un gel llamado estroma. El interior es un gel llamado estroma. • Presenta un ADN independiente del núcleo y Presenta un ADN independiente del núcleo y

plastorribosomas.plastorribosomas.• Sacos aplanados llamados tilacoides o lamelas Sacos aplanados llamados tilacoides o lamelas

(Estroma) cuyo interior se llama lúmen. Se apilan (Estroma) cuyo interior se llama lúmen. Se apilan formando paquetes llamados grana. formando paquetes llamados grana.

• En la membrana de los grana o tilacoides se ubican los En la membrana de los grana o tilacoides se ubican los sistemas enzimáticos que captan la energía del sol y sistemas enzimáticos que captan la energía del sol y efectúan el transporte de electrones para formar ATP. efectúan el transporte de electrones para formar ATP.

FotosíntesisFotosíntesis• Consiste en una serie de Consiste en una serie de

procesos, por los cuales las procesos, por los cuales las plantas, algas y algunas plantas, algas y algunas bacterias, capturan la luz y bacterias, capturan la luz y emplean su energía para emplean su energía para convertir la materia convertir la materia inorgánica en materia inorgánica en materia orgánica. orgánica.

• En las cianobacterias (no En las cianobacterias (no tienen cloroplastos), los tienen cloroplastos), los carotenoides son carotenoides son sustituidos por otros sustituidos por otros pigmentos, la ficobilinas.pigmentos, la ficobilinas.

FotosíntesisFotosíntesisLa fotosíntesis se desarrolla en dos etapas:La fotosíntesis se desarrolla en dos etapas:

– Reacciones lumínicas:Reacciones lumínicas: Proceso dependiente de la luz Proceso dependiente de la luz (etapa clara), requiere de energía de la luz para fabricar (etapa clara), requiere de energía de la luz para fabricar ATP y moléculas portadoras de energía NADPH ATP y moléculas portadoras de energía NADPH reducido, a usarse en la segunda etapa. reducido, a usarse en la segunda etapa.

– Ciclo de Calvin- Benson:Ciclo de Calvin- Benson: Etapa independiente de la Etapa independiente de la luz (etapa oscura), los productos de la primera etapa luz (etapa oscura), los productos de la primera etapa mas CO2 son utilizados para formar los enlaces mas CO2 son utilizados para formar los enlaces C-CC-C de de los carbohidratos. Las reacciones de la etapa oscura los carbohidratos. Las reacciones de la etapa oscura usualmente ocurren en la oscuridad si los usualmente ocurren en la oscuridad si los transportadores de energía provenientes de la etapa transportadores de energía provenientes de la etapa clara están presentes. clara están presentes.

La etapa clara ocurre en la La etapa clara ocurre en la granagrana y la oscura en el y la oscura en el estromaestroma de los cloroplastos.de los cloroplastos.

FotosíntesisFotosíntesisEtapa claraEtapa clara

• La luz que "golpea" a la clorofila La luz que "golpea" a la clorofila excita a un electrón a un nivel excita a un electrón a un nivel energético superior. energético superior.

• En una serie de reacciones la En una serie de reacciones la energía se convierte (a lo largo de energía se convierte (a lo largo de un proceso de transporte de un proceso de transporte de electrones ) en ATP y NADPH. electrones ) en ATP y NADPH.

• El agua se descompone en el El agua se descompone en el proceso liberando oxígeno como proceso liberando oxígeno como producto secundario de la producto secundario de la reacción. reacción.

• El ATP y el NADPH se usan para El ATP y el NADPH se usan para fabricar los enlaces C-C en la fabricar los enlaces C-C en la etapa oscura.etapa oscura.

FotosíntesisFotosíntesis• Los fotosistemas son los Los fotosistemas son los

conjuntos de moléculas de conjuntos de moléculas de clorofila y otros pigmentos clorofila y otros pigmentos empaquetados en los tilacoides.empaquetados en los tilacoides.

• Muchos procariotas tienen un Muchos procariotas tienen un solo fotosistema: el fotosistema solo fotosistema: el fotosistema II.Los eucariotas usan el II.Los eucariotas usan el fotosistema II más el fotosistema fotosistema II más el fotosistema I. I.

• El fotosistema I usa la clorofila a El fotosistema I usa la clorofila a en una forma denominada P700. en una forma denominada P700. El Fotosistema II usa una forma El Fotosistema II usa una forma de clorofila conocida como de clorofila conocida como P680. P680.

FotosíntesisFotosíntesisLa fotofosforilación es el proceso de conversión de la La fotofosforilación es el proceso de conversión de la

energía del electrón excitado por la luz, en un enlace energía del electrón excitado por la luz, en un enlace pirofosfato de una molécula de ADP. Esto ocurre cuando pirofosfato de una molécula de ADP. Esto ocurre cuando

los electrones del agua son excitados por la luz en los electrones del agua son excitados por la luz en presencia de P680. La transferencia de energía es similar presencia de P680. La transferencia de energía es similar al transporte quimiosmótico de electrones que ocurre en al transporte quimiosmótico de electrones que ocurre en

la mitocondriala mitocondria.

Flujo aciclico de e-s en los Flujo aciclico de e-s en los dos fotosistemasdos fotosistemas

FotosíntesisFotosíntesis

Reacciones fotodependientes en la primera Reacciones fotodependientes en la primera fase de la fotosintesisfase de la fotosintesis

FotosíntesisFotosíntesisReacciones Independiente de LuzReacciones Independiente de Luz• Las reacciones que fijan carbono son también conocidas Las reacciones que fijan carbono son también conocidas

como reacciones "oscuras" o reacciones "independientes como reacciones "oscuras" o reacciones "independientes de la luz". de la luz".

• El anhídrido carbónico penetra en los unicelulares y El anhídrido carbónico penetra en los unicelulares y autótrofos acuáticos sin necesidad de estructuras autótrofos acuáticos sin necesidad de estructuras especiales. especiales.

• Las plantas terrestres para protegerse de la desecación Las plantas terrestres para protegerse de la desecación han desarrollado aberturas especiales denominadas han desarrollado aberturas especiales denominadas estomas que regulan la entrada y salida del gas por las estomas que regulan la entrada y salida del gas por las hojas. hojas.

• El anhídrido carbónico de la atmósfera es capturado y El anhídrido carbónico de la atmósfera es capturado y modificado por la adición de hidrógeno para formar modificado por la adición de hidrógeno para formar carbohidratos (fijación del Carbono). La energía para ello carbohidratos (fijación del Carbono). La energía para ello proviene de la primera fase de la fotosíntesis.proviene de la primera fase de la fotosíntesis.

FotosíntesisFotosíntesisCiclo de CalvinCiclo de Calvin• Finales de la Segunda Guerra Finales de la Segunda Guerra

Mundial.Mundial.• Melvin Calvin (premio Nobel en Melvin Calvin (premio Nobel en

1961) y sus colaboradores, 1961) y sus colaboradores, • Uso Carbono-14, técnicas de Uso Carbono-14, técnicas de

intercambio iónico, intercambio iónico, cromatografía en papel y cromatografía en papel y radioautografía "mapearon" radioautografía "mapearon"

• Completo el estudio del ciclo del Completo el estudio del ciclo del Carbono en la fotosíntesisCarbono en la fotosíntesis

FotosíntesisFotosíntesisEl Ciclo de Calvin o de los tres carbonos se desarrolla en El Ciclo de Calvin o de los tres carbonos se desarrolla en estroma de los cloroplastos. El anhídrido carbónico es estroma de los cloroplastos. El anhídrido carbónico es fijado en la molécula ribulosa 1,5 bifosfato (RuBP). La fijado en la molécula ribulosa 1,5 bifosfato (RuBP). La RuBP tiene 5 carbonos en su molécula. Seis moléculas de RuBP tiene 5 carbonos en su molécula. Seis moléculas de anhídrido carbónico entran en el Ciclo de Calvin y, anhídrido carbónico entran en el Ciclo de Calvin y, eventualmente, producen una molécula de glucosa. eventualmente, producen una molécula de glucosa.

FotosíntesisFotosíntesis• El primer producto estable del ciclo es el ácido 3- El primer producto estable del ciclo es el ácido 3-

fosfoglicérico (PGA), molécula de tres carbonos. fosfoglicérico (PGA), molécula de tres carbonos. • Globalmente 6 moléculas de RuBP (ribulosa bifosfato) se Globalmente 6 moléculas de RuBP (ribulosa bifosfato) se

combinan con 6 de CO2 y dan 12 de 3-fosfoglicérico. combinan con 6 de CO2 y dan 12 de 3-fosfoglicérico. • La enzima que cataliza esta reacción es la RuBP La enzima que cataliza esta reacción es la RuBP

carboxilasa, la proteína mas abundante del mundo y se carboxilasa, la proteína mas abundante del mundo y se encuentra en la superficie de las membranas tilacoideas. encuentra en la superficie de las membranas tilacoideas.

• La energía del ATP y el NADPH generados por los La energía del ATP y el NADPH generados por los fotosistemas se usan para "pegar" fosfatos (fosforilar) al 3-fotosistemas se usan para "pegar" fosfatos (fosforilar) al 3-PGA y reducirlo a fosfogliceraldehido o PGAL, también de PGA y reducirlo a fosfogliceraldehido o PGAL, también de tres carbonos.tres carbonos.

Lectura RecomendadaLectura Recomendada• Fotosíntesis y Respiración Aerobia.Fotosíntesis y Respiración Aerobia. Biología Biología

de Solomon. Pág. 182de Solomon. Pág. 182

Lectura de AmpliacionLectura de Ampliacion• Evolución de los Fotosistemas I y II. Evolución de los Fotosistemas I y II. Biología Biología

de Solomon. Pág. 187.de Solomon. Pág. 187.

Web siteWeb site• Energía en los Seres Vivos. Link:

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