FOTOSINTESIS

1. Fotosíntesis FOTOSINTESIS Vargas Saldaña Elizabeth Martínez Monroy Marilyn Michelle Sosa Savala carlos Alfredo Grupo: 604

2. Podemos definirla como una secuencia de acontecimientos por los cuales… la energía lumínica se convierte en energía química, la cual es almacenada en moléculas orgánicas; es el primer paso en el flujo de energía, a través de la mayor parte del mundo vivo y captura casi la totalidad de la energía que utilizan los seres vivos. Cabe mencionar que no solo mantiene a las plantas, sino también nos sostiene a otros organismos que no somos fotosintéticos.

3. La luz Sin ella el proceso no se llevaría a cabo, la vamos a mencionar para dejar en claro como las plantas las absorberán y porque es uno de los factores imprescindibles para la realización de éste proceso.

4. ¿Cómo se lleva a cabo la absorción de energía lumínica? La fotosíntesis depende de la luz detectable, ya que la fracción de luz visible del espectro excita determinados tipos de moléculas biológicas, lo que mueve a electrones a niveles de energía más altos; cuando el electrón excitado regresa a su forma original se disipara en forma de calor éste deja el átomo y es captado por una molécula aceptora de energía.

6. Expliquemos el proceso.. La luz es captada por la clorofila la cual es el principal pigmento de la fotosíntesis, la podemos localizar en los cloroplastos los cuales se encuentran en el interior de la hoja conocida comomesó filo una capa con muchos espacios de aire y una concentración muy alta de vapor de agua. La clorofila es excitada por la luz mediante la energía que le llega desde la fuente lumínica (sol).

7. Mientras tanto en unos poros microscópicos que están dentro de la hoja de la planta denominados estomassurge un intercambio de gases con el exterior. Los cloroplastos están limitados por membranas externas e internas, la membrana internaenvuelve una región llena de líquido llamado estroma los cuales contienen la mayor parte de las enzimas necesarias para producir moléculas de glúcidos, dentro del estroma encontramos un conjunto interconectado de sacos aplanados en forma de discos denominadostilacoides.

8. Las membranas tilacoides contienen varios tipos de pigmentos(sustancias que absorben luz visible), y aunque son varios los pigmentos que absorben la luz como ya lo habíamos mencionado, la clorofila es el principal pigmento de la fotosíntesis y esta suele verse verde, porque las hojas reflejan parte de la luz de ese color que les llega. La clorofila se divide en un anillo complejo y una larga cadena lateral Tiene 2 tipos clorofila A y clorofila B.

10. Partes y tipos de clorofila El anillo de porfirinaestá constituido por anillos más pequeños de átomos de carbono y nitrógeno y absorbe la energía luminosa. La larga cadena laterales hidrocarbonada, lo que la hace muy apolar y permite su anclaje en la membrana. Clorofila A – inicia las reacciones dependientes de la luz de la fotosíntesis y su apariencia es verde oscura. Clorofila B– pigmento accesorio que también participa en la fotosíntesis, tiene apariencia amarillenta.

12. ¿La clorofila es la responsable de la fotosíntesis? Engelmann planteó esa hipótesis, ya que el proceso ocurriría mas rápido en las áreas donde el cloroplasto esta iluminado por los colores que mas absorbe la clorofila. Esto se debe a que los pigmentos accesorios como los carotenoides (absorbe longitudes de onda de la luz diferente a los que le corresponden a la clorofila) transfieren parte de la energía de excitación producida por la luz verde a las moléculas de clorofila.

13. Un ejemplo clave de éste proceso surge en el otoño cuando las hojas de muchos árboles, cambian de color, ya que la clorofila se degrada y su magnesio se almacena en los tejidos permanentes del árbol dejando los pigmentos accesorios naranja y amarillo en las hojas.

14. Fases de la fotosintesis Fase clara: “foto” es decir que es dependiente de la luz y comienzan cuando la clorofila o compuestos accesorios absorben la luz.

15. Fase obscura:”síntesis” es donde se lleva a cabo la fijación del carbono. (éste proceso no necesariamente tiene que realizarse en la obscuridad).

17. Formación de ATP y NADPH La energía lumínica es convertida en energía química en las reacciones dependientes de luz, y estos comienzan cuando una clorofila captura energía lumínica lo que hace que uno de sus electrones se desplace a un estado energético superior. El electrón excitado se transfiere a una molécula aceptora y es sustituido por un electrón de agua, ésta se disocia y se libera oxígeno molecular.

18. ATP y NADPH ¿para qué son necesarios? Parte de la energía de los electrones excitados se utiliza para fosforilar el ADP y formar el ATP, además se reduce la coenzima fosfato de NADP formando NADPH. Ambos productos son necesarios en las reacciones de fijación del carbono que requieren energía.

19. Expliquemos esto mas a fondo, como ya lo mencionamos la fotosíntesis consta de 2 fases la clara y la obscura; en la fase clara (foto dependiente) las moléculas ya antes mencionadas, son necesarias para transferir energía química pero no para almacenarla a largo plazo es decir almacenan la energía luminosa captada por la clorofila en forma temporal y después ésta en los centros de reacción es convertida en energía química formando glúcidos.

20. Unidades Fotosinteticas Llamadas también fotosistema 1 y 2, cuyos centros de reacción se diferencia porque al disociar las proteínas causan un ligero desplazamiento en sus centros de absorción. La clorofila A tiene un pico de absorción de 660 nm. El centro de reacción fotosistema 1 forma un par de moléculas de clorofila A de absorción de 770 nm; mientras que el fotosistema 2 forma un par de moléculas de clorofila A de absorción de 680 nm.

21. Cuando una molécula de pigmento absorbe la energía, ésta pasa dentro de un complejo antena y así llega al centro de reacción y cuando llega una molécula p700 o p680 el electrón se eleva a un nivel mayor de energía. A la molécula p700 adquiere carga positiva, cuando cede un electrón al aceptor primario, el electrón que falta es reemplazado por uno cedido por el fotosistema 2.

22. El electrón excitado pasa a una cadena de electrones de un receptor a otro hasta que llega a la ferredoxina, (proteína que contiene hierro) la cual transfiere electrones al NADP en presencia de la enzima ferredoxian NADP positivo reductasa. Cuando el NADP positivo acepta dos electrones, estos se unen a un protón y forman NADPH que se libera en el estroma. Esta energía es transferida al centro de reacción. El electrón de alta energía es capturado por un aceptor primario y después por una cadena de transporte electrónico hasta que es donado al p700 en el fotosistema 1.

23. Fotolisis Mediante la fotolisis (ruptura por luz) del agua se remplaza el electrón que ha sido donado a al cadena de transporte electrónico, este proceso no solo proporciona electrones, sino también es la fuente de casi todo el ozono presente en la atmósfera terrestre. El agua experimenta fotolisis enzimática, que es el reponer los electrones excitados.

24. A medida que los electrones se transfieren a lo largo de la cadena de transporte que conecta el fotosistema 2 con el 1, pierden energía y esta que es liberada, se utiliza para bombear protones a través de la membrana tilacoidal. Una enzima de la membrana tilacoidal, utiliza la energía del gradiente de protones para sintetizar ATP.

25. ¿Que es el ATP Sintasa? Es una proteína transmembranaria que se encuentra en las mitocondrias y forma complejos muy grandes que sobresalen hacia la estoma, por cada 4 protones que se mueven a través de la ATP sintasa, se sintetiza una molécula de ATP.

26. Fase Obscura En el proceso de fijación de carbono (fase obscura) los átomos de carbono se fijan en los esqueletos ya existentes de las moléculas orgánicas y dichas acciones no tienen una necesidad directa de la luz, pero no necesariamente necesitan realizarse en al oscuridad, y estas tienen lugar en el estroma de cloroplasto a través del ciclo de Calvin.

27. Ciclo de Calvin Fase 1 Fijación del CO2 – una molécula de CO2 reacciona con un compuesto fosforilado de 5 carbonos ribulosa a bifosfato y es catalizada por una enzima conocida como rubisco que es la más abundante en el cloroplasto y probablemente más abundante en la biosfera. El carbono que originalmente era parte de la molécula de CO2 ahora forma parte del esqueleto de carbono (se ha fijado) = ruta C3.

28. Fase 2 Reducción del carbono – dos pasos en los que la energía y el poder reductor del ATP y NADPH se utilizan para convertir moléculas de PG gliceraldehido 3 fosfato (G3P). La reacción de dos moléculas de 3GP es exorgánica y lleva la formación de glucosa y fructosa.

29. Fase 3 Regeneración del RuBP– si se eliminas dos moléculas del G3P del ciclo permanecen 10, esto representa un total de 30 átomos de carbono y esta fase consiste en que esos 30 carbonos y sus átomos asociados se reordenan en 6 moléculas de ribulosa fosfato, y cada una es fosforilada por ATP. Son necesarios, para las reacciones de fijación de carbono 6 moléculas de CO2, fosfatos transferidos del ATP y electrones en forma de hidrógeno del NADPH, al final los 6 carbonos del CO2 pasan a formar parte de la molécula hexosa.

30. Foto respiración Así como en la fase fotodependiente ocurren muchos fenómenos, la fase obscura no se queda atrás; como es el caso de la fotorespiración que surge cuando alguno de los intermediarios que participan en el ciclo de Calvin se degradan a CO2 y H2O y debido a que ocurre en presencia de luz, requiere oxígeno y produce CO2 y H2O. Pero no produce ATP reduciendo la eficacia fotosintética ya que elimina algunos intermediarios que utiliza el ciclo de Calvin.

31. Problemas al que se enfrentan las plantas A parte de la fotorespiración, otro problema al que tienen que enfrentarse es que como el CO2 no es un gas muy abundante, no es fácil que las plantas obtengan lo que necesitan. Cuando las condiciones son cálidas y secas, los estomas se cierran para reducir la pérdida de valor de agua, lo que disminuye enormemente el suministro de CO2. Pero algunas tienen sus excepciones ya que aunque vivan en climas cálidos y secos tienen adaptaciones que facilitan la fijación de carbono, las plantas C4 fijan inicialmente CO2 en un compuesto de 4 carbonos “oxalacelato”.

32. Ruta C4 En la ruta C4 el CO2 se fija mediante la formación de oxalacetato, se produce antes de la ruta C3, sino también en las células diferentes. Las células fotosintéticas de mesofilo están en estrecha asociación con prominentes células de la vaina del haz. Los cuales poseen cloroplastos y forman vainas alrededor de los haces vasculares (nervios de la hoja). Se realiza en las células mesófilas mientras que la ruta C3 o ciclo de calvin se lleva a cabo en las células de la vaina del haz.

34. ¿Oxalacetato? Aclaremos como se forma éste ya que como lo mencionamos anteriormente es necesario para la fijación del carbono, la PEP carboxilasaes una enzima con enorme afinidad con el CO2, se une a el de forma eficaz pero se encuentra en concentraciones bajas, es importante ya que cataliza la reacción por la cual el CO2 reacciona con fosfoenolpiruvato(compuesto de 3 carbonos) PEP para formar el llamado oxalacetato; y éste se convierte en algún compuesto de 4 carbonos que pasa a los cloroplastos de la vaina del haz.

35. ¿Plantas CAM? Son aquellas quela viven e condiciones de extrema sequia, (xericas) por lo que tienen diversas adaptaciones estructurales, las cuales les permiten sobrevivir, también tienen adaptaciones fisiológicas incluyendo una ruta especial de fijación del carbono éstas fijan CO2 por la noche.

36. Las plantas CAM abren sus estomas de noche captando CO2 a la vez que minimizan la pérdida de agua, utilizan la enzima PEP carboxilasa para fijar CO2 y formar oxalacetato, que después se convertirá en malato (compuesto de 4 carbonos) y será almacenado en vacuolas celulares, cuando los estomas están cerrados y es imposible el intercambio gaseoso entre la planta y la atmósfera el CO2 se separa de el malato por descarboxilación. Estas plantas sobreviven en desiertos donde no pueden hacerlo las C3 ni las C4.

37. Diversidad Metabólica • Plantas Fototroficas: Son todas las plantas terrestres ya que utilizan energía lumínica para sintetizar ATP y NADH, las cuales almacenan energía de forma temporal. • Organismos quimiotroficos: son aquellos que obtienen energía a partir de compuestos químicos. • Heterótrofos: aquellos que no pueden fijar carbono. • Fotoheterótrofos: son capaces de usar la energía lumínica, pero incapaces de realizar la fijación del carbono, por lo que lo obtienen a partir de compuestos orgánicos. • Quimioautótrofos: obtienen su energía de la oxidación de moléculas inorgánicas reducidas

39. Beneficios de la fotosíntesis Debido a la formación de carbono los fotoautótrofos, son la fuente principal de la totalidad de las moléculas orgánicas, utilizadas como fuente de energía y carbono por los quimioheterótrofos, al realizar la fijación eliminan CO2 de la atmósfera disminuyendo el sobrecalentamiento global.

40. Bibliografía: Villae A. Claude. “Fotosíntesis “segunda edicion Mac Graw Hill. Pág. 180-198. Salomon Berg Martín, “Biología”octava edicion Mc Graw Hill pág.. 191-210