ETAPA II

1. ETAPA II FOTOSÍNTESIS Y PROCESOS RELACIONADOS Profa. Dayana Pérez Semestre II-2009 Abril de 2010

2. FOTOSÍNTESIS COMO PROCESO BIOLÓGICO DE ÓXIDO REDUCCIÓN ABSORCIÓN DE LUZ Y CONVERSIÓN DE ENERGÍA VARIACIONES EN EL MECANISMO DE FIJACIÓN DE CO2 FOTORRESPIRACIÓN METABOLISMO DE LOS CARBOHIDRATOS RESPIRACIÓN CELULAR DISTRIBUCIÓN, MOVILIZACIÓN Y TRANSPORTE DE FOTOASIMILADOS EN LA PLANTA

3. o i o i a Es el proceso mediante el cual plantas, usan la energía de la luz para sintetizar compuestos orgánicos a partir de CO2 y H2O. La fotosíntesis involucra una serie de reacciones complejas donde participan la absorción de luz, la conversión de energía, transferencia de electrones y sistemas multienzimáticos. II a Azúcares

4. Fotosíntesis en plantas superiores CO2 + 2 H2O + luz C6H12O6+ O2 + H2O Clorofila

5. ABSORCIÓN DE LUZ Sol LA LUZ TIENE PROPIEDADES DE ONDA Y PARTÍCULA DISMINUYE LA ENERGIA Y FRECUENCIA DE LA ONDA A MEDIDA QUE AUMENTA LA LONGITUD DE ONDA La longitud de onda ()

6. …. Y COMO PARTÍCULA FOTÓN Cada fotón contiene una cantidad de energía: cuantos E= energía de un fotón E= h= h c/ h: constante de Planck 6,6262 x 10-34 Joules.s. v: Frecuencia de la radiación c: velocidad de la luz 3,0 x 108 m .s-1 La energía de un fotón es inversamente proporcional a la longitud de onda; las longitudes de ondas largas tienen menos energía que las de longitudes de ondas cortas.

7. Espectro electromagnético RFA Rayos gamma Microondas Ondas de radio

8. REACCIONES FOTOQUIMICAS DE LA FOTOSINTESIS La luz se separa en diferentes colores al pasar a través de un prisma. Representando sólo la porción de la energía radiante con longitudes de onda visibles para el ojo humano (400-700 nm). Prisma Luz Sol

9. PIGMENTOS FOTOSINTÉTICOS La clorofila es el pigmento principal de la fotosíntesis (absorbe luz azul y roja y refleja luz verde). Clorofila–a = Más importante en la fotosíntesis ya que inicia las reacciones dependientes de la luz (verde intenso) Clorofila–b = Pigmento accesorio que también participa en la fotosíntesis (verde –amarillento)

10. CAROTENOIDES Pigmentos accesorios captadores de luz y transfieren la energía a la clorofila (Pigmentos colectores de luz). Absorben luz entre 400 y 500 nm. Protegen a las clorofilas contra la destrucción oxidativa por el O2 cuando los niveles de irradiancia son elevados (Fotooxidación) Debido al sistema de dobles enlaces conjugados, estos pigmentos pueden absorber luz visible

11. Espectros de absorción para clorofila a, clorofila b y carotenoides Tasa de fotosíntesis.

12. HOJA El Proceso se realiza en los cloroplastos Tilacoide

13. Antena de Pigmentos La energía absorbida es canalizada por un proceso denominado resonancia inductiva, ya que los pigmentos están ordenados secuencialmente de acuerdo a su longitud de onda

14. La fotosíntesis ocurre en complejos que contienen centros colectores de luz y centros de reacción fotoquímica Para la fotosíntesis se requiere que los electrones excitados de varios pigmentos se transfieran a un pigmento colector de energía. Un gran número de pigmentos sirven de antena, atrapando luz y transfiriendo su energía al centro de reacción.

15. ENERGIA DEL ELECTRON Excitación de la clorofila por absorción de fotones de luz EVENTO FOTOQUÍMICO Estado excitado Calor Fluorescencia: producción de luz que acompaña a la rápida disminución en la energía de los electrones que se encuentran en estado excitado Estado de menor energía

16. Transferencia de energía durante la Fotosíntesis

17. Los organismos fotosintéticos contienen dos centros de reacción fotoquímica, FSI y FSII. FOTOSISTEMA II FOTOSISTEMA I

18. La fotosíntesis requiere de la coordinación de dos fases (fase de luz y fase de asimilación del C)

19. Fase de luz

20. ORGANIZACIÓN DE GRANA E INTERGRANA EN CLOROPLASTOS

21. FSI y FSII no están distribuidos al azar en la membrana del tilacoide. Heterogeneidad lateral

22. Comparación entre oxidación y reducción

23. Rutas del transporte de electrones en la membrana del cloroplasto Reducción Potencial redox Oxidación

24. Organización de los Fotosistemas y el complejo productor de ATP en la membrana del cloroplasto

25. TRANSFERENCIA DE ELECTRONES Y PROTONES EN LA MEMBRANA DEL TILACOIDE Estroma (bajo H+) Luz Luz Bajo Plastoquinona Alto Potencial de gradiente electroquímico Plastocianina Oxidación de Agua Lumen (alto H+)

26. Ruta de transferencia de electrones Genera tres productos principales: O2, ATP y NADPH. Los dos fotosistemas están conectados por una serie de transportadores de electrones que incluyen la plastoquinona, el complejo citocromo b6f y la plastocianina. La oxidación del agua y el transporte de electrones produce un gradiente protónico electroquímico que motoriza la síntesis de ATP por medio de la ATP-sintetasa transmembrana. La plastocianina como la plastoquinona son los transportadores móviles de electrones.

27. PSII funciona como una H2O-plastoquinona oxidoreductasa dependiente de la luz Cuando el H2O se oxida, se liberan dos electrones para transporte. P680* (luz provoca su oxidación) P680 cede su e- a la feofitina (Feo) QA unida (D2) QB (D1)

28. Para reducir por completo cada QA y QB, se requieren, dos e- y también deben agregarse dos H+ La función general del FS II es utilizar energía luminosa para reducir plastoquinona (PQ) oxidada a su forma completamente reducida (PQH2) utilizando los electrones del agua.

29. La QA se encuentra fuertemente unida a D2, QB se libera de D1 cuando recibe los 2 e- y 2 H+ del estroma y otra PQ ocupa el lugar de QB en D1 Por cada par de moléculas de H2O que se oxidan, se transportan cuatro e- a través de las quinonas. 2 moléculas de QB deben reducirse, abandonar D1 y ser reemplazadas.

30. Transferencia de electrones desde P680 hasta las quinonas (Ciclo Q) El e- QA- QB QB- (semiquinona) La pérdida de este electrón retorna QA- a QA El complejo PSII tiene dos quinonas, QA y QB. El primer e- es desprendido P680 QA QA- (Plastosemiquinona) QBH2 se difunde dentro de la doble capa lipídica para funcionar como un transportador móvil de electrones QB2- toma 2H+ del lado estromático de la membrana, para producir plastoquinol, QBH2 (PQH2 ) un segundo e- P680 QA segunda QA- Este segundo e- QA- a QB- QB2- (Quinona B completamente reducida) y QA- revierte de nuevo a QA

31. Acción de herbicidas Inhiben la cadena transportadora de e- entre los dos fotosistemas Diuron y atrazina Unen o insertan en el sitio de la QB de la proteína D1 con lo cual previenen la reducción de QB

32. Complejo citocromo b6f

33. El complejo citocromo b6f transfiere electrones desde la plastoquinona reducida a la plastocianina oxidada Función principal es pasar los electrones del FSII al FSI. Esto lo realiza oxidando PQH2 y reduciendo plastocianina.

34. TRANSFERENCIA DE ELECTRONES Y PROTONES EN LA MEMBRANA DEL TILACOIDE Estroma (bajo H+) Luz Luz Bajo Plastoquinona Alto Potencial de gradiente electroquímico Plastocianina Oxidación de Agua Lumen (alto H+)

35. FOTOSISTEMA I Trabaja como sistema dependiente de luz para oxidar la plastocianina reducida y transferir los e- hacia Fdx. Solo capta y transfiere un e- a la vez. Cada PC móvil transporta un e- por el lumen hasta el FSI Ao: clorofila a Af: filoquinona (vitamina K1) Fd-NADP+ reductasa. ferredoxina-NADP+reductasa (FNR). Fdx móviles aceptan un e- cada una y lo transfieren al NADP+ para formar NADPH en el estroma necesitándose 2 e- y un H+ para su reducción

36. desvio Superoxido (O2-) es un radical libre que reacciona con lípidos en el cloroplasto Acción de herbicidas Rápida desintegración de los cloroplasto Inhibiendo la reducción de ferredoxina

37. Transporte acíclico de electrones Las reacciones luminosas por las que se transfieren e- través de las membranas de los tilacoides para formar NADPH Transporte cíclico de electrones La luz puede hacer que los e- entren en un ciclo que inicia en el P700 y pasa por la Fdx de regreso a ciertos componentes del sistema portador de e- , y de aquí nuevamente al P700

38. Proceso de transporte cíclico de e- donde participa únicamente el PSI y produce solamente ATP. Esta ruta cíclica requiere de un cofactor: Fdx. Luz PSI reduce la ferredoxina, pero en lugar de esta transferir un electrón a NADP+, la ferredoxina reducida (Fdxred) interactúa con una Fdx-plastoquinona-oxidoreductasa que permite la transferencia de electrones al pool de quinonas.

39. TRANSFERENCIA DE ELECTRONES Y PROTONES EN LA MEMBRANA DEL TILACOIDE Estroma (bajo H+) Luz Luz Bajo Plastoquinona Alto Potencial de gradiente electroquímico Plastocianina Oxidación de Agua Lumen (alto H+)

40. Modelo del complejo ATP sintetasa Consta de dos partes principales: un tallo, denominado CF0, que se extiende por el lumen hasta el estroma, y una porción esférica (cabeza) que se conoce como CF1 que descansa en el estroma La formación de ATP requiere transporte de e- y H+ Fotofosforilación

41. pH 8 pH 5 Existe un fuerte gradiente en la concentración de H+ hacia el estroma. Este gradiente de pH a través de la membrana es una forma poderosa de energía química potencial, principal responsable de que se efectúe la fotofosforilación (Síntesis de ATP dependiente de la luz, en el cloroplasto )

42. QUIZ 1. Entre los denominados pigmentos accesorios se encuentran a. la glucosa b. los glicolípidos c. los carotenoides d. el colesterol 2. La etapa dependiente de luz de la fotosíntesis ocurre en a. membrana del tilacoide b. el estroma de los cloroplastos c. las crestas mitocondriales d. el espacio intermembrana de los cloroplastos 3. En la etapa dependiente de luz, la energía se convierte en a. ATP y NADPH b. ADP y NADP c. azúcar d. lípidos

43. La fotosíntesis requiere de la coordinación de dos fases (fase de luz y fase de asimilación del C)

44. Fase de asimilación del Carbono

45. UTILIZACIÓN DE LA ENERGÍA: PRODUCCIÓN DE AZÚCARES DENTRO DEL CLOROPLASTO CICLO DE CALVIN (FOTOSINTESIS C3)

46. El ciclo de Calvin se realiza en 3 fases: carboxilación, reducción y regeneración. La fase de carboxilación: la carboxilación de RuBP para producir 2 moléculas de 3-PGA La fase reductiva: convierte 3-PGA en la triosa fosfato, gliceraldehido 3-fosfato (GAP). En esta fase se usan ATP y NADPH. La fase de regeneración de RuBP se consume un ATP adicional. Ciclo de Reducción Fotosintética del Carbono en el cloroplasto (CICLO DE CALVIN , Fotosíntesis C3)

47. REACCIONES FOTOQUIMICAS Y BIOQUIMICAS DE LA FOTOSINTESIS

48. CICLO DE CALVIN Enzima Ribulosa bifosfato carboxilasa/oxigenasa RUBISCO CARBOXILACION REGENERACION REDUCCION

49. ENLACE DE REACCIONES DE LA FOTOSÍNTESIS ENTRE LA MEMBRANA DEL TILACOIDE Y ESTROMA DENTRO DEL CLOROPLASTO

50. FOTOSINTESIS COMO PROCESO BIOLÓGICO DE ÓXIDO REDUCCIÓN ABSORCIÓN DE LUZ Y CONVERSIÓN DE ENERGÍA VARIACIONES EN EL MECANISMO DE FIJACIÓN DE CO2 METABOLISMO DE LOS CARBOHIDRATOS RESPIRACIÓN Y FOTORRESPIRACIÓN DISTRIBUCIÓN, MOVILIZACIÓN Y TRANSPORTE DE SOLUTOSY ASIMILADOS EN LA PLANTA