Fotosntesis

Carola Bruna Jofr

Universidad de ConcepcinFacultad de Ciencias BiolgicasDepartamento de Bioqumica y Biologa Molecular

Organismos auttrofos

Fotoauttrofos: Utilizan luz como fuente de energaPlantas, algas y algunos procariontes

Quimioauttrofos: Obtienen su energa de la oxidacin de molculas inorgnicas como sulfuro y amonioBacterias

Organismos hetertrofos

Se alimentan de plantas y otros animales. Dependen de los fotoauttrofos para su alimentacin y para obtener el O2, que es un subproducto de la fotosntesisMamferos

La fotosntesis es un proceso fsico-qumico por el cual los organismos fotoauttrofos utilizan la energa solar y CO2 para sintetizar molculas orgnicas

Sacarosa Almidn

ChemoNotaEl oxigeno de la fotosintesis proviene del agua, el oxigeno del CO2 solo genera el oxigeno ed ms moleculas de agua.

Cuando la luz encuentra materia, esta puede ser absorbida, transmitida o reflejada

El sol irradia el espectro electromagntico completo. Sin embargo, la atmsfera selecciona principalmente la luz visible

Al absorber un fotn, un electrn es elevado a un orbital de mayor energa, pasando de su estado basal a un estado excitado. La energa del fotn es convertida en energa potencial

La energa de los fotones absorbidos corresponde exactamente a la diferencia de energa entre el estado basal y el estado excitado de ese electrn

Debido a que estas diferencias de energa varan en las molculas, cada pigmento tiene un espectro de absorcin especfico

La luz es absorbida por un grupo de pigmentos fotosintticos que estn inmersos en la membrana del tilacoide

Pigmento primario: Clorofila aAbsorbe las longitudes de onda del rojo y del azul. Refleja la longitud de onda del verde

Pigmentos accesorios: Clorofila b, carotenos, xantofilasAbsorben diferentes longitudes de onda y la transfieren a la clorofila a

Pigmentos fotosintticos

En la clorofila a y b el electrn excitado pertenece a un tomo de Mg de su anillo porfirina

La posterior liberacin del electrn excitado marca el inicio de la fotosntesis

En la prctica, en la fotosntesis se aade un CO2 por ciclo

Fase Luminosa

Se lleva a cabo en la membrana del tilacoide

La energa luminosa es absorbida por la clorofila y produce la transferencia de los electrones e Hidrgeno del agua a NADP+, generando NADPH

La fase luminosa tambin genera ATP mediante fotofosforilacin

La energa del ATP y el poder reductor del NADPH es utilizada en el ciclo de Calvin en la fase oscura

La fase luminosa es un proceso redox, donde la direccin del flujo de electrones neto es inversa a la de la cadena de fosforilacin oxidativa

H2O NADPHe-

En la membrana del tilacoide la clorofila, protenas y molculas orgnicasse organizan como FOTOSISTEMAS: antenas captadoras de luz

Cuando el fotosistema absorbe un fotn, este se transmite hasta que alcanza el centro de reaccin, desde donde la liberacin del electrn excitado comienza las reacciones de la fase luminosa

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Fotosistema I P700: Tiene un pico de absorcin a 700nm

Fotosistema II P680: Tiene un pico de absorcin a 680nm

Dos cadenas transportadoras de electrones con potencial de reduccin creciente

Flujo de electrones no-cclico

Protones de la fotlisis del agua y de la oxidacin de la plastoquinona son liberados al lumen del tilacoide

Con las reacciones de la fase luminosa se produce:

NADPH, que se utliza en las reacciones de la fase oscura

Un gradiente electroqumico por el aumento de protones en el lumen y un aumento de carga negativa en el estroma

Para llegar a un equilibrio los protones fluyen desde el lumen al estroma a travs de la ATP sintasa, la cual utiliza la fuerza protn-motriz para producir ATP

Produccin neta: NADPH, O2 y ATP

Muchos herbicidas inhiben la fotosntesis unindose al fotosistemaII bloqueando la reduccin de plastoquinona. Por ejemplo atrazina

Flujo de electrones cclico

En la fase oscura se consume ms ATP que NADPH

El flujo de electrones no cclico produce ATP y NADPH en iguales cantidades

Los electrones fotoexcitados del fotosistema I pueden tomar una va alternativa, que involucra al fotosistema I y un flujo cclico.

Esto slo se genera ATP permitiendo satisfacer su mayor demanda

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El ficobilisoma: Un sistema auxiliar de fotosntesis

El ficobilisoma les permite a las algas ampliar el espectro de absorcin de luz

Fase oscura: Ciclo de CalvinPlantas C3 (Arroz, trigo)

Se lleva a cabo en el estroma

Requiere el ATP y NADPH producido en la fase luminosa

Consiste en la conversin del poder reductor del NADPH y de la energa qumica del ATP en energa qumica de enlace en glucosa

RESUMEN: El CO2 entra en el ciclo de Calvin y sale como gliceraldehido-3P, un azcar de 3C En el proceso se regeneran las molculas iniciales y se utiliza el poder reductor del NADPH y la energa del ATP En cada vuelta del ciclo se fija una molcula de CO2. Por lo tanto, para la sntesis de 1 molcula de G3P se requieren 3 vueltas del ciclo El G3P es el material de partida de las vas metablicas que sintetizan compuestos orgnicos, incluyendo glucosa y otros carbohidratos

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Fase I: Fijacin de CarbonoCO2 se une a la ribulosa bifosfato (RuBP:5C) en una reaccin catalizada por RuBP Carboxilasa o Rubisco formando un compuesto de 6C que es muy inestable y se divide en dos molculas de 3-fosfoglicerato (3-PG:3C)

Fase II: ReduccinLas molculas de 3-PG son fosforiladas por ATP formando 1,3-bifosfoglicerato para luego ser reducidas por NADPH produciendo gliceraldehido-3P (electrones reducen un carboxilo a un carbonilo)Algunas molculas regeneran el compuesto inicial y otras se unen para formar glucosa

Fase III: Regeneracin de RuBPReordenamiento de las molculas de G3P para formar RuBP con gasto de ATP

Control de la fotosntesis: Rubisco

TAREA

Fotorespiracin

A altas temperaturas las plantas cierra sus estomas para conservar el agua y no sufrir deshidratacin

En esas condiciones, el nivel de CO2 disminuye a medida que este se consume en el ciclo de Calvin y el nivel de O2 aumenta al finalizar la fase luminosa

La enzima rubisco aade CO2 a RuBP, pero cuando la razn O2/CO2aumenta, puede unir O2 en vez de CO2. Ambos sustratos se unen al mismo sitio activo

Normalmente la tasa de la reaccin de carboxilacin es 4 veces mayor que la de la reaccin de oxigenacin. Pero con una razn de O2/CO2 alta, la enzima une preferentemente oxgeno En la fotorespiracin se consume oxgeno y se libera CO2 sin la produccin

de ATP y NADPH, ni fijacin de C, reduciendo la eficiencia de la fotosntesis

Plantas C4 (Caa de azcar y maz)Mecanismo para minimizar la fotorespiracin:Las plantas C4 fijan CO2 en un compuesto de 4C en las clulas mesfilas

Esto provoca un aumento local de CO2 con lo cual la rubisco puede fijarlo por el ciclo de Calvin, minimizando la fotorespiracin y maximiza la produccin de azcares en plantas que habitan en zonas calurosas mediante una separacin espacial

Plantas CAM (Crassulacean acid metabolism)(Cactus, pia)

Mecanismo para minimizar la fotorespiracin:Mantener sus estomas abiertos slo durante la noche, cuando la temperatura es menor

Durante la noche estas plantas fijan CO2 en una variedad de compuestos orgnicos en las clulas mesfilas

Durante el da, el CO2 es liberado de los compuestos orgnicos y las reacciones de la fase luminosa proveen el ATP y NADPH para el ciclo de Calvin

Este proceso minimiza la fotorespiracin y maximiza la produccin de azcares en plantas que habitan en zonas calurosas mediante una separacin temporal

Observaciones finales

Con la fotosistesis se fija el Carbono, el cual es el constituyente principal de todas la macromolculas biolgicas (Sntesis de 160 billones de toneladas mtricas de carbohidrato por ao)

Por lo tanto, las plantas son responsables de fijar el Carbono para el resto de los organismos vivos

Por otra parte, en este proceso se produce oxgeno, indispensable para la vida de los mamferos