FOTOSÍNTESIS

1. EL METABOLISMO CELULAR.Es el conjunto de todas las reacciones químicas que mantienen la vida de la célula. Consisten en una serie de caminos intrincados de ida y vuelta, anabólicos y catabólicos.

- Para obtener energía necesaria para su funcionamiento degrada

moléculas orgánicas: es el CATABOLISMO

- Para renovar sus estructuras celulares necesita hidratos de

carbono, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos: es el ANABOLISMO.

En las transformaciones entre la molécula precursora y el producto final hay numerosos compuestos intermedios denominados METABOLITOS.

La serie de reacciones entre precursora y final se denomina RUTA O VIA METABÓLICA. Pueden ser lineales o cíclicas

1.1. CATABOLISMO (degradación)• Conjunto de reacciones metabólicas que rompen los enlaces de las moléculas

complejas para transformarse en otras más sencillas.• Reacciones de óxido-reducción.Un compuesto se oxida cuando pierdo electrones y se reduce cuando los acepta.

- Si transcurren con pérdida simultánea de electrones y protones : DESHIDROGENACIONES y son catalizadas por DESHIDROGENASAS

- Necesitan un sustrato dador de electrones ( carburantes metabólicos : hidratos de carbono y ácidos grasos) y de aceptores de electrones ( nucleótidos NAD+ o FAD)

Fe3+ Fe2+

e-

Cu+ Cu2+

El hierro se reduce

Mientras que el cobre se oxida

• Rutas catabólicasPor su importancia destacan la respiración celular y las fermentaciones.

• La respiración celular está catalizada por enzimas deshidrogenasas que convierten los enlaces C-C en ATP, es decir, energía utilizable.

• Las fermentaciones son procesos de oxidación parcial, en ausencia de oxígeno generalmente.

1.2. ANABOLISMO (síntesis): conjunto de reacciones que crean nuevos enlaces C-C entre moléculas sencillas para formar moléculas más complejas. Es necesario tener energía (ATP), poder reductor (NADH NADPH) y metabolistos sencillos (tb deno precursores).

Anabolismo autótrofo: la fotosíntesis

FOTOSÍNTESIS: es un proceso metabólico que llevan a cabo algunas células de organismos autótrofos para sintetizar sustancias orgánicas a partir de otras inorgánicas. Para desarrollar este proceso se convierte la energía luminosa en energía química estable.

La fotosíntesis es imprescindible para la vida en nuestro planeta ya que, al partir de la luz y la materia inorgánica, logra sintetizar materia orgánica. El proceso permite fijar el dióxido de carbono (CO2) de la atmósfera y liberar oxígeno (O2).

Consta de dos procesos que denominamos FASE LUMÍNICA Y FASE OSCURA.

FASE LUMÍNICA Ó FOTOQUÍMICA

• Son una serie de reacciones fotoquímicas que se realizan en la membrana de los tilacoides.

• En esta membrana se encuentras los fotosistemas, que son unas unidades en las que se produce la captación de la energía solar. Existen dos tipos y están formados por un complejo antena y un centro reactivo, además de un dador y un aceptor de electrones.

El complejo antena son cientos de moléculas de clorofila y otros pigmentos como los carotenoides Están unidos a proteínas de la membrana. Captan la luz y transmiten la energía al centro reactivo.

El centro reactivo se encuentra en una proteína transmembrana con dos moléculas de clorofila que captan la energía del complejo antena y mandan los electrones a la cadena de transporte electrónico de la membrana tilacoidal.

Los fotosistemas.• Encontramos dos fotosistemas en la membrana de los tilacoides: PS I y

PS II, y ambos conectados por una cadena transportadora de electrones. * PS I: en la membrana tilacoidal. Su centro de reacción tiene 2

moléculas de clorofila P700.

La clorofila cede su electrón a un aceptor primario denominado clorofila A0, y el hueco se rellena con un molécula de la cadena transportadora denominada plastocianina ó PC.

* PS II: Se encuentra en las zonas de apilación de los tilacoides. Su centro de reacción tiene 2 moléculas de clorofila P680 , Cede su electrón a un aceptor primario denominado feofitina , Feo, y el hueco se rellena con el electrón procedente de una molécula de agua. E.d. se produce además fotolisis del agua liberando dos electrones y H+, gracias al complejo productor de O2

PIGMENTOS DE LA FOTOSÍNTESIS

CLOROFILA: Formada por una porfirina con un átomo de Mg2+ unida a una cadena de fitol.Encontramos clorofila a (absorbe luz de la región azul) y clorofila b (absorbe luz de la región roja).

CAROTENOS Y XANTOFILAS: absorben luz de la región verde y azul.Ayudan a eliminar exceso de energía de las moléculas de clorofila evitando la oxidación y formación de radicales libres.

FICOBILINAS: ficocianina, ficoeritrina.

FOTOFOSFORILACIÓN NO CÍCLICA

Los dos PS actúan en serie con flujo de electrones desde el agua hasta el NADP que es reducido a NADPH. Los electrones liberarán energía utilizada para síntesis de ATP. Este transporte es conocido como ESQUEMA Z:

Llega un fotón el PS II y se libera un e- rico en energía de su centro reactivo. Pasa a la cadena de transporte ( feofitina, plastoquinona, citocromo b6-f y plastociacina) hasta el PS I liberando energía que se utiliza para sintetizar ATP (fosforilación)Los huecos electrónicos del centro reactivo del PS II se cubren con e- del agua. Por fotolisis rompemos el agua, obteniendo O2 , e- y p+.La captación de un fotón por el PS I hace que su centro reactivo libere un e- de alta energía que va hacia el NADP por otra cadena transportadora de e- (clorofila Ao, filoquinona, ferredoxina y sistema ferredoxina-NADP-reductasa) hasta su reducción a NADPH. Los e- cedidos se reponen con los que llegan del PS II.

OXIGÉNICA

FOTOFOSFORILACIÓN CÍCLICA (ANOXIGÉNICA)

Transporte cíclico de electrones en el PS I que dará lugar a la síntesis de ATP únicamente. No NADPH, NO OXÍGENO. Objetivo: síntesis extra de ATP.

Los e- que proceden del centro reactivo vuelven a caer a las moléculas de clorofila propios al ser activados pro los fotones. Se cubren los huecos que ellos mismos habían dejado.Caída desde clorofila Ao hasta filoquinona, ferredoxina, plastoquinona y complejo citocromo b6-f en el que se libera energía para formar un gradiente electroquímico para la síntesis de ATP.El e- vuelve al PS I a través de la plastocianina.

FASE OSCURA .• Lugar: estroma del cloroplasto. • El NADPH y el ATP fe la fase fotoquímica son utilizados para reducir

moléculas sencillas como el dióxido de carbono, nitrato o sulfato. • La reducción fotosintética del dióxido de carbono se conoce como

CICLO DE CALVIN.

1º: se fija el CO2 a la ribulosa- 1,5- bis fosfato (RuBP)mediante la enzima ribulosa-1,5- bisfosfato carboxilasa oxigenasa (RUBISCO).

Si la concentración de CO2 es baja, la RUBISCO tb cataliza la unión de O2 a la RuBP (fotorrespiración) Esta se produce en las plantas denominadas C3 (formación de moléculas de 3 átomos de C)

Pueden producir glucosa a.p de 3 CO2 consumiendo 18 ATP y 12 NADPH.

FOTORRESPIRACIÓN Y CICLO C4• RUBISCO puede agregar O2 a la RuBP iniciando la fotorrespiración, se

consume O2 y desprende CO2.• Para que sirve? En principio para evitar la fotooxidación y alguna

función más pero no está muy claro todavía, ya que la fotorrespiración lo que hace es limitar la eficacia de la fotosíntesis y por tanto limitando el crecimiento de las plantas.• Las plantas C4 aumentan el Co2 de las células fotosintéticas

disminuyendo así los efectos de la fotorrespiración. Ello es debido a que estas plantas poseen en sus hojas anatomía de Kranz, en la cual las células del mesófilo concentran el CO2 hacia los haces vasculares

donde se produce fotosíntesis. Dan lugar al la formación de moléculas de 4 átomos de carbono constituyendo el ciclo de Hatch-

Slack.

FACTORES AMBIENTALES QUE INFLUYEN DIRECTAMENTE SOBRE LA FOTOSÍNTESIS:

CONCENTRACIÓN DE CO2: Es la materia prima. La fotosíntesis aumenta al aumentar la concentración hasta un valor máximo determinado.

CONCENTRACIÓN DE O2: al aumentar la concentración de oxígeno disminuye la eficacia de la fotosíntesis

HUMEDAD: si no existe suficiente, los estomas se cierran y dificulta el paso del CO2 y por tanto disminuye la actividad

INTENSIDAD LUMÍNICA: IMPORTANTE. Cada especie se puede especializar en un intervalo de luz. Al aumentar la intensidad en el intervalo , la actividad aumenta hasta un valor máximo determinado.

TEMPERATURA: LAS PLANTAS SE ADAPTAN A UN DETERMINADO CLIMA.A partir de una intensidad de luz, el aumento de la Tª, aumenta el rendimiento por aumento de la actividad enzimática, que es máxima un valor óptimo característico. Por encima la actividad enzímática disminuye.

EL FOTOPERIODO: rendimiento de la fotosíntesis varía según la estación del año, debido a la variación de luz e intensidad de los días a lo largo del año.

EL COLOR DE LA LUZ: el complejo antena de los PS puede captar distintas longitudes de onda. Pero si por ejemplo se ilumina con una luz roja de longitud superior a 680 nm, el PS II no actúa, por lo tanto sólo fotofosforilación cíclica, y reducción del rendimiento fotosintético.