FotosntesisCapturando la energa lumnica Para activar el Ciclo de Calvin

Asignatura de Biologa. Primero Medio. Unidad Clulas.Metabolismo celular.Colegio Talcahuano. Avenida coln N 2910. Fono (56)-(41)-583184

FOTOSNTESISProceso por el cual algunos seres capturan energa luminica y la usan luego para fabricar su propio alimento.

QU SERES?

Vegetales, algas, protistas y Cianobacterias.

Del mismo modo como una calculadora solar captura energa lumnica una planta captura energa.

Algunas cianobacterias y clorobacterias

Algunas algas ( Protistas)

Las plantas superiores

Una celda solar hecha por el hombre

La super celda solar de las plantas

AguaCO2Luz solarOxgenoFotosntesisAzcaresRespiracin celularEnerga (ATP)

OxgenoAcercamiento a un ejemplar del alga Elodea sp.Las burbujas que se observan estn compuestas de oxgeno puro que se produce a partir de la fotlisis de la molcula de aguaEl oxgeno que producen las plantas proviene del oxgeno que est formando el agua

AguaCO2Luz solarOxgenoAzcaresEnerga (ATP)Cmo se puede comprobar que el oxgeno producido en la fotosntesis proviene del agua?

Los cloroplastos en Elodea sp.

Organelo tpico de clulas eucariotas fotosintetizadoras.Vegetales y algasCon doble membrana y su propio ADN.Contiene apilamientos de tilacoides llamados Grana comunicados entre s por lminas.El estroma es el medio interno del cloroplasto por fuera de los tilacoides

Esquema general del proceso de fotosntesis

Esquema de la estructura qumica de la clorofila a, con su centro de Magnesio

Cmo funciona esta super-celda solar

Consumo de ADP ( un crculo azul y dos crculos rojos) para formar ATP ( un crculo azul y tres crculos rojos) Esta sntesis ocurre por la energa cintica de los protones que son representados por los crculos blancos atravesando la proteina ATP- sintetasa.

Acercamiento de la molcula de ATP sintetasa modelacin computarizada de la molcula

Los auttrofos fabrican su propio alimento utilizando energa lumnica

Las plantas son los organismos ms conocidos, pero tambin las algas, los protistas y las cianobacterias realizan fotosntesis.

Todos los seres vivos dependen ( directa o indirectamente) de la fotosntesis para alimentarse

La fotosntesis ( resumen simplificado)

Las hojas de los vegetales tienen cloroplastos y en su interior tienen clorofila que captura la energa lumnica ....El agua es captada por las races ....El CO2 es captado de la atmsfera por los estomas de las hojas ....

El agua y el CO2 se mueven hacia el cloroplasto .... Y se produce la fotosntesis

Las reaciones qumicas liberan oxgeno al ambiente y adems producen azcares como la glucosa ....entonces las clulas toman la energa de los azcares para funcionar

Ecuacin muy general de la fotosntesis

CO2 + H2O + Energa lumnica ----> Azcar ( Glucosa) + O2

Ecuacin ms detallada de la fotosntesis

Dixido de carbono Aguaglucosa oxgeno 6CO2 + 6H2O ------> C6H12O6 + 6O2

Ruta metablica: Serie de reacciones qumicas acopladas, en las cuales el producto de una reaccin es usado como reactante de la siguiente reaccin.Las dos fases de la fotosntesis ( fase lumnica y fase oscura) presentan rutas metablicas.

Adems los productos finales de la fotosntesis ( Glucosa y oxgeno) son usados por otros seres ( hetertrofos) para la respiracin celular. Los productos de la respiracin celular son el dixido de carbono y el agua, ambos son necesarios para que las plantas ejecuten la fotosntesis, por esta razn estos compuestos estn equilibrados en la atmsfera.

The Photosynthesis Reactions:1.Reacciones lumnicas: Es el primer conjunto de reacciones de la fotosntesis. La luz blanca parece blanca, pero en realidad est formada por muchos colores. Cada color corresponde a una longitud de onda. La suma de longitudes de onda origina la luz blanca.

Longitud de onda = Distancia entre crestas adyacentes de una onda.

La fase lumnica ocurre en la membrana de los tilacoides.La luz provoca que la clorofila pierda electrones.Estos electrones son reemplazados por electrones que provienen del agua cuando se rompe.Al romperse el agua los protones (H+) se acumulan en el interior de los tilacoides.Cuando los H+ salen del tilacoide activan una proteina ATP sintetasa que forma ATP usando el flujo de H+Los electrones pasan por una cadena de electrones que forma NADPH.

La luz es absorbida por las membranas de los tilacoides que se ubican en el cloroplasto.

Una grana: es una acumulacin de tilacoides

El estroma: es la solucin que rodea los tilacoides.

La clorofila es un pigmento que absorbe las ondas de los colores violeta, azul y roja y que refleja las ondas del verde

Un pigmento es un compuesto que absorbe las ondas lumnicas.

La clorofila a est directamente relacionada con las reacciones de la fase lumnica.

Existen otros pigentos accesorios que ayudan a la clorofila a en su funcin; la clorofilab es un pigmento accesorio lo mismo que los carotenoides que absorben las otras longitudes de onda, tales como la longitud de onda del verde y el azul.

Las reacciones lumnicas en la membrana del tilacoide

Sistema de transporte de electrones en la fase lumnica

Fotosistema : Conjunto de molculas de pigmento que absorben luz

Existen dos tipos de fotosistema: el Fotosistema II y el fotosistema I

Los pigmentos accesorios comienzan con la fase lumnica al captar luz que luego pasa a la clorofila a. Cuando la clorofila a acumula suficiente energa ocurren 5 procesos...

Los cinco pasos del sistema transportador de electronesLa luz excita los electrones de la clorofila a en el fotosistema II (y la clorofila pierde un electrn ( reaccin de oxidacin). El electrn perdido es recuperado del electrn que se obtiene del agua cuando se rompe ( Fotlisis de la molcula de agua)

Estos electrones se mueven hasta un aceptor primario de electrones que lo capta ( se reduce), este aceptor en el fotosistema II se llama plastoquinona (pq).

Estos electrones son transferidos a una secuencia de molculas que forman una cadena transportadora de electrones; en algunos puntos la ATP sintetasa produce ATP ( fotofosforilacin)

La luz excita los electrones de la molcula de clorofila a del fotosistema I

Los electrones excitados son captados por un aceptor primario ( ferredoxina) y luego pasan a otracdena transportadora de electrones que permite formar NADPH a partir de NAD+

En el fotosistema II la hidrlisis de la molcula de agua ( fotlisis) produce protones (H+), electrones (e-) y oxgeno2H2O4H+ + 4e-+ O2

El oxgeno es un sub producto de la fase lumnica y no es usado en la fotosntesis y es eliminado por los estomas de la hoja.

El oxgeno es usado por organismos ( hetertrofos) para la respiracin celular.

Quimiosmosis: proceso que permite fabricar ATP en la fase lumnica de la fotosntesis.

Los protones liberados del agua se mueven por un gradiante de concentracin hacia el exterior de la membrana y permiten a la ATP sintetasa fabricar ATP.

La ATP sintetasa es una proteina multifuncional, porque acta como enzima formando ATP y como una proteica transportadora de protones.

Los ATP y NADPH formados son usados en la segunda fase de la fotosntesis llamada Fase oscura o Ciclo de Calvin. Para fabricar compuestos orgnicos.

El ciclo de Calvin es la segunda fase de la fotosntesis forma compuestos orgnicos a partir de CO2 y usando los ATP y NADPH que se fabrican en la fase lumnica.

El ciclo de Calvin ocurre en el estroma de los cloroplastos.

Ocurre una fijacin de los tomos de carbono provenientes del CO2 para formar glucosa y a partir de ella las dems biomolculas tiles para el vegetal, tales como aminocidos, lpidos, y carbohidratos.

Los tres pasos del ciclo de Calvin

El tomo de carbono del CO2 se une a una pentosa llamada Ribulosa Difosfato ( RuDP) e inmediatamente se divide en dos compuestos de 3 carbonos llamados fosfoglicerato. Cada molcula de fosfoglicerato es convertida en aldehido fosfoglicrico. La mayor parte del aldehido fosfoglicrico permite obtener de nuevo la RuDP, Pero algo de ete compuesto abandona el ciclo para formar glucosa. * RuDP : Carbohidrato de 5 carbonos * El glicerato y el fosfoglicerato son molculas con tres tomos de carbono.Las plantas que producen PGA ( Fosfoglicerato) con tres tomos son llamadas plantas C3, slo usan el Ciclo de Calvin para fabricar compuestos orgnicos.

Tres molculas de CO2 se unen con ...Tres molculas de RuDPY se forman ...seis molculas de 3-fosfogliceratoLuego se agregan 1 ATP a cadaMolcula y ...Se obtienen 6 molculas de 1,3 difosfoglicerato al que se agregan1 H+ y un grupo fosfato para formar ...Seis molculas de gliceraldehido 3 fosfatoUna molcula de gliceraldehido 3- fosfato abandona el ciclo y es usado para fabricar glucosa...Las otras 5 molculas reconstituyen la ribulosa 1,5- difosfato.

Otras Rutas metablicas alternativas Recuerde que las plantas C3 slo usan el ciclo de Calvin para fijar el carbono y hacerlo parte de un compuesto orgnico.

Se llaman C3 porque fijan el carbono del CO2 cuando forman un compuesto de tres carbonos (3C) llamado Gliceraldehido. Otros vegetales complementan en ciclo de Calvin con otros procesos, por ejemplo cuando habitan un ambiente muy seco, a estas plants se les llama C4 o CAM, porque cierran sus estomas durante el dia para evitar la prdida de humedad (C4) o porque abren sus estomas de noche y almacenan Carbono para usar durante el dia sin necesidad de abrir sus estomas.

Las plantas C4

forman un compuesto de 4 carbonos llamado oxalacetato que almacena carbono para entregar al ciclo de Calvin.

El maz, la caa de azcar por ejemplo son plantas C4.

Las plantas CAM

Abren sus estomas slo de noche para evitar la prdida de agua por los estomas durante el dia.

Los cactus o las pias son plantas CAM.

Rango de eficacia de la fotosntesis

La fotosntesis se incrementa en la misma forma como lo hace la intensidad lumnica o la concentracin de CO2 , Aunque eventualmente existe un lmite para este incremento Sobre una cierta temperatura a mayor temperatura mayor es la velocidad de la fotosntesis, Aunque ms all de cierta temperatura la fotosntesis disminuye