Tema 13. fotosintesis

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  • Tema 13

    FOTOSNTESIS

  • La funcin de las vas anablicas es sintetizar, los componentes propios de la clula.

    Biomolculas orgnicas

    ENERGA

    Catabolismo

    Anabolismo

    ENERGA

    Molculas simples

    Molculas complejas

    Va constructiva del metabolismo

    Tipos de metabolismo

  • ANABOLISMO AUTTROFO ANABOLISMO HETERTROFO

    Paso de molculas inorgnicas (H2O, CO2, NO3-,) a molculas orgnicas sencillas

    (glucosa, glicerina o aminocidos)

    Transformacin de molculas orgnicas sencillas a molculas

    orgnicas complejas

    Anabolismo fotosinttico o fotosntesis Anabolismo quimiosinttico o quimiosntesis

    Usa energa luminosa. Plantas, algas, cianobacterias y bacterias

    fotosintticas

    Usa energa procedente de reacciones de oxidacin de compuestos inorgnicos.

    Bacterias quimiosintticas

    Anabolismo

    Lo realizan seres auttrofos

    Lo realizan seres auttrofos y hetertrofos

  • Anabolismo

    Catabolismo y anabolismo comparten muchas reacciones qumicas y sus correspondientes enzimas.

  • Fotosntesis

    Proceso de sntesis de biomolculas a partir del CO2 y H2O y que requiere, como fuente de energa, la luz del Sol.

  • Fotosntesis

    Todo el carbono que forma parte de las plantas es fijado por la fotosntesis.

    Este proceso es vital para el crecimiento y la supervivencia en general de todas las plantas durante casi todo su ciclo.

    Pero no solo para las plantas, si no para la vida en general.

  • Ecuacin global

    Slo indica las sustancias iniciales y finales, pero la fotosntesis es un proceso mucho ms complejo.

  • Caractersticas Generales

    Plantas y algas hacen la fotosntesis en los cloroplastos, en cuyos tilacoides estn los pigmentos fotosintticos.

    Las cianobacterias no tienen cloroplastos, pero si tilacoides con los pigmentos.

    Las bacterias no poseen ni cloroplastos, ni tilacoides, tienen clorosomas (orgnulo con bacterioclorofila)

  • Cloroplastos

    Los cloroplasto son capaces de captar la energa de la luz y transformarla en energa qumica.

    En las plantas este proceso tiene lugar principalmente en las hojas.

  • Pigmentos fotosintticos

    Presentan dobles enlaces alternos, por lo que hay e- libres que precisan poca energa para excitarse y ascender de nivel energtico. Tambin liberan fcilmente energa al descender de nivel.

    Clorofila a: R = -CH3 Clorofila b: R = -CHO

    -caroteno

    Clorofila a: -CH3 Clorofila b: -CHO

  • Fases de la fotosntesis

    Fase luminosa. Se realiza en los tilacoides y requiere luz de forma directa. En esta fase la energa de la luz es utilizada para

    sintetizar ATP y NADPH.

    Fase oscura. Se realiza en el estroma y no requiere luz directamente. Se utilizan el ATP y NADPH obtenidos en la fase

    anterior para fabricar compuestos orgnicos.

  • Fase luminosa

    Se dan los siguientes procesos en los fotosistemas de los tilacoides: Los pigmentos absorben la energa luminosa. Fotorreduccin del NADP+

    Fotofosforilacin del ADP.

    Fotlisis del agua

  • Fotosistemas

    Son estructuras formados por los pigmentos, junto con molculas transportadoras de electrones en las membranas tilacoidales.

  • Fotosistemas

    Hay Fotosistemas I y II. Cada fotosistema

    contiene pigmentos, clorofilas, carotenoides y protenas.

    Cada pigmento absorbe luz de diferente longitud de onda.

  • Fotosistemas

    En general, cuando una molcula absorbe luz, sus electrones son impulsados a un nivel energtico superior.

    Normalmente, esta energa es disipada en forma de luz o calor y los electrones retornan a su estado inicial.

    En la clorofila, al excitarse sus electrones pueden cederse fcilmente a un aceptor.

  • Fotosistema I

    Cada fotn de energa absorbido por la clorofila es conducido hasta el centro de reaccion del fotosistema.

    En l se eleva la energa de un electrn pasando de un estado basal a uno excitado.

    Molcula de clorofila con pico de absorcin

    de 700 nm (P700).

  • Fotosistema I

    La absorcin de luz de onda corta excita a la clorofila que se vuelve muy inestable y libera esta energa en forma de electrn de alta energa.

    Esta energa es transferida en forma de electrn a una molcula transportadora de electrones que a su vez la transfiere a otra.

    Se inicia as una cadena transportadora de e- hasta llegar al NADP+ que se reduce a NADPH.

    2H+ +2e- + NADP+ NADPH + H+

  • Fotosistema II.

    El PSII es un complejo similar el PSI.

    Las molculas antena recogen los fotones y transfieren la energa al centro de reaccin.

    Esta energa es transferida en forma de electrn por una cadena transportadora de electrones para regenerar el PSI.

  • Esquema Z de la fotosntesis

  • Transporte del electrn.

    El electrn cedido por el PSII es aportado finalmente por el agua (fotolisis).

    Al pasar por la cadena de trasporte de electrones se libera energa que se usa para formar ATP (fotofosforilacin).

    H2O 2H+ +2e- +1/2 O2

  • Esquema Z

    Para formar una molcula de O2, se requiere transferir 4 electrones desde el agua al NADP+, y se han de absorber 8 fotones, (4 en cada FS).

    2H2O + 2NADP+ + 8 fotones O2 + 2NADPH + 2H+

  • Fotofosforilacin

  • Fotofosforilacin

    En el transporte electrnico entre el FS II y el FS I, parte de la energa de los electrones, se utiliza para bombear H+, en contra de gradiente, desde el estroma al espacio tilacoidal.

    La vuelta de los protones al estroma a favor de gradiente a travs de las ATP-sintasas permite sintetizar ATP.

    ADP + Pi ATP.

    La reaccin global de todo el proceso es:

    H2O + NADP+ + ADP + Pi 1/2 O2 + NADPH + H+ + ATP

  • Fotofosforilacin

    Existen dos vas para la sntesis de ATP durante la fase luminosa:

    Fotofosforilacin cclica: La luz desencadena un transporte cclico de e- en el PS I con produccin slo de ATP.

    Fotofosforilacion acclica: La luz desencadena un transporte de e- con produccin de NADPH y ATP. Los electrones los aporta la fotlisis del H2O.

  • Fotofosforilacin cclica

  • Fotofosforilacin cclica y acclica

  • Fotofosforilacin cclica y acclica

  • Fase oscura

  • Fase oscura de la fotosntesis

    En el estroma, se emplean el ATP y NADPH de la fase luminosa para sintetizar materia orgnica como glcidos.

  • Ciclo de Calvin

    Ocurre en el estroma del cloroplasto. Conjunto de reacciones la primera de las

    cuales incorpora una molcula de CO2 a la materia orgnica.

    La enzima Ribulosa 1,5-bifosfato carboxilasa oxigenasa, Rubisco, cataliza esta incorporacin.

  • Ciclo de Calvin

    La RuBisCo capta CO2. Luego la Rubisco carboxila al RuBP

    y genera 2 x PGA. Con el consumo de ATP y NADPH

    el PGA se transforma en fosfogliceraldehido (3PGAL).

    Parte de este (1/6) es trasportado al citoplasma.

    El resto sigue en el ciclo para regenerar la ribulosa bifosfato.

  • Ciclo de Calvin

    Fijacin CO2 Reduccin del PGA Parte del 3PGAL sale

    del ciclo para formar glucosa y otras molculas orgnicas.

    Regeneracin de la ribulosa-1,5-bisfosfato.

  • Ribulosa fosfato

    NADPH

    NADP+

    ATP

    ADP + Pi ADP + Pi

    ATP

    CO2

    1 GAP

    Ribulosa-1,5-difosfato

    Gliceraldehdo-3-fosfato Gliceraldehdo-3-fosfato

    Gliceraldehdo-3-fosfato

    1,3-bifosfoglicrico

    3-fosfoglicrico

    RUBISCO

    Ciclo de Calvin

  • Ciclo de Calvin

  • Balance energtico del Ciclo de Calvin

    Incorporacin del carbono del CO2 a las cadenas carbonadas.

    Reduccin por el NADPH del carbono incorporado y sntesis de compuestos orgnicos. La energa la aporta el ATP

  • Balance de la fotosntesis

    Fase luminosa:

    12H2O + 12NADP+ + 18ADP + 18Pi

    6O2 + 12NADPH + 12H+ + 18ATP

    Fase oscura:

    12NADPH + 12H+ + 18ATP + 6CO2

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

    Sumando ambas reacciones, se obtiene la ecuacin global:

    6CO2 + 12H2O C6H12O6 + 6O2 + 6H2O

  • Sntesis de ATP

    Fosforilacin a nivel de sustrato

    Fosforilacin oxidativa Fotofosforilacin (Cadena transportadora de electrones)

  • Proceso por el que se obtiene ATP en la glicolisis.

    Es la sntesis de ATP a partir de un grupo fosfato transferido desde un compuesto orgnico.

    Este es el mecanismo ms sencillo y antiguo de produccin de ATP.

    Fosforilacin a nivel de sustrato

  • Fosforilacin oxidativa

    Sntesis de ATP a partir de la energa almacenada en un gradiente de H+ generado en la transferencia de electrones a travs de la cadena transportadora de las crestas mitocondriales.

  • Fotofosforilacin

    Sntesis de ATP a partir de la energa almacenada en un gradiente de H+ generado en la transferencia de electrones a travs de la cadena transportadora de las membranas de los tilacoides.

  • Factores que afectan la fotosntesis

    Intensidad luminosa

    Concentracin de CO2

    Temperatura

    Concentracin de O2

  • Inte

    nsid

    ad f

    otos

    int

    tica

    Intensidad luminosa

    Planta de sombra

    Planta de sol

    Intensidad lumnica

    La fotosntesis