complejo captador de luz

Iván Ferrer Rodríguez, Ph.D.
Catedrático
Fotosíntesis – Parte II
Capítulo 10,
Reece, Urry, Cain, Wasserman,
Minorsky, Jackson, 2009
Campbell Biology 9th Edition
Espectro electromagnético
 La luz es una forma de energía
conocida como energía
electromagnética o radiación
electromagnética.
Espectro electromagnético
 El espectro electromagnético es el
conjunto completo de todas las
radiaciones.
 La luz visible (luz solar) que se
utiliza durante la fotosíntesis es una
pequeña porción del espectro
electromagnético.
 Todas las radiaciones del espectro electromagnético viajan en forma de ondas
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rítmicas.
Espectro electromagnético
Ondas
 La longitud de onda (wavelength =
l) es la distancia entre dos crestas.
 La luz visible es una mezcla de
diferentes colores (o diferentes l).
 En el espectro de luz visible las
longitudes de onda (l) varían entre
380-750 nm.
 Éstas son las más importantes para
la vida.
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Espectro electromagnético
Prisma
 Esta mezcla de diferentes colores se
puede separar usando un prisma,
que es un instrumento separa los
colores a base de sus longitud de
onda.
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Pigmentos fotosintéticos
 Cuando la luz se encuentra con la
materia, la luz puede ser reflejada,
transmitida o absorbida.
 Las sustancias que absorben luz se
llaman pigmentos.
 Diferentes pigmentos absorben luz
a diferentes longitudes de onda y el
color de la longitud de onda
absorbido desaparece.
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Espectro electromagnético
Pigmentos fotosintéticos
 Cuando un pigmentos es iluminado con luz blanca, el color que vemos es el
color que es reflejado o transmitido por el pigmento.
 Por ejemplo, si iluminamos una hoja con luz visible, la clorofila absorbe el rojo y
el azul-violeta (ambos desaparecen) y transmite y refleja el color verde.
 Si un pigmento absorbe todos los colores se ve negro.
 Si un pigmento transmite o refleja todos los colores se ve blanco.
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Pigmentos fotosintéticos
 La habilidad de los pigmentos para
absorber luz a varias l se puede medir
en un espectrofotómetro (Figura
10.9).
 El equipo dirige un haz de luz de
diferentes l a través de una solución
conteniendo el pigmento y mide la
fracción de luz que se transmite a cada
l (380-750 nm).
 Luego se grafica la absorción de luz
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del pigmento vs l obteniendo el
espectro de absorción (Figura 10.10).
Espectrofotómetro
Pigmentos fotosintéticos
 ¿Qué l son importantes para la
fotosíntesis? – Engelmann, 1883.
 Diferentes pigmentos en el
cloroplasto absorben luz a diferentes
l (380-750 nm) (a):
 Clorofila a = azul verdoso
 Clorofila b = verde oliva
 Carotenoides = amarillo y anaranjado
 Sólo clorofila a participa
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directamente en las reacciones de
luz, que convierten la energía solar
en luz química (b).
Figura 10.10
Pigmentos fotosintéticos
 Otros pigmentos accesorios
(clorofila B, carotenoides) en la
membrana del tilacoide pueden
absorber luz y transmitir la energía
a la clorofila a, la cual inicia las
reacciones de luz.
 El espectro de la clorofila a sugiere
que la luz azul-violeta y rojo claro
funcionan mejor en fotosíntesis (c).
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Figura 10.10
Excitación de la clorofila por la luz
 ¿Qué pasa cuando la clorofila
absorbe luz?
 El color correspondiente a la l
absorbida desaparece y se ve el
color reflejado.
 Cuando una molécula absorbe un
fotón de luz, uno de sus electrones
se eleva a un orbital donde tiene
más energía potencial.
 Fotón es una cantidad definida de luz.
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Figura 10.12
Excitación de la clorofila por la luz
 Cuando el e- está en su estado
normal, se dice que el pigmento
está en su estado fundamental
(ground state).
 Cuando se absorbe la luz, se dice
que la molécula esta en estado
excitado.
 ¿Cómo esto se relaciona con
fotosíntesis y los fotosistemas?
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Figura 10.12
Fotosistemas
 Un fotosistema está compuesto de
un complejo que es centro de
reacción rodeado por varios
complejos captadores de luz.
Figura 10.13
 Cada complejo captador de luz
consiste de varias moléculas de
pigmentos (Clorofila a, Clorofila b,
Carotenoides) atadas a proteínas
particulares.
 El número y la variedad de
pigmentos permite capturar luz
sobre una gran área y una gran
proporción del espectro.
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 Actúa como antenas para el complejo centro de reacción.
Fotosistemas
 El complejo centro de
reacción es un complejo de
proteínas que incluye par de
moléculas de clorofila a y una
molécula llamada aceptador
primario de electrones.
 Estas moléculas de clorofila a son
especiales: están en un ambiente
molecular particular.
 Se excitan con la luz y pasan uno de
sus electrones a un nivel excitado.
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Figura 10.13
Fotosistemas
 Cuando un pigmento absorbe luz,
la energía se transfiere de una
molécula de pigmento a otra.
 La transferencia, mediada por
energía solar, de un electrón desde
un par de moléculas especiales de
clorofila a hasta el aceptador
primario de electrones es el primer
paso de las reacciones de luz.
 En cuanto se excita el electrón de
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la clorofila a, el aceptador primario
de electrones lo captura (Redox).
Figura 10.13
Fotosistemas
 Si la clorofila está sola, florece
porque no hay aceptador final de
electrones.
 Los electrones regresan a su estado
fundamental.
 Esto no ocurre en el cloroplasto, en
su lugar se convierte la energía de
la luz en energía química que se usa
para sintetizar azúcares.
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Figura 10.13
Fotosistemas I y II
 En la membrana de las tilacoides
hay dos tipos de fotosistema que
cooperan en las reacciones de luz:
 Fotosistema II (PS II)
 Fotosistema I (PS I)
 Fueron nombrados en el orden en
que los descubrieron, pero del PS II
funciona primero.
 La clorofila a del complejo
centro de reacción:
 II – P680 – absorbe a 680 nm
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 I – P700 – absorbe a 700 nm
Figura 10.14
Fotosistemas I y II
 Los dos pigmentos (P680 y P700)
son casi idénticos, pero se asocian
con proteínas diferentes en la
membranas de las tilacoides y
tienen diferentes propiedades de
absorción de luz.
 Los dos fotosistemas trabajan juntos
para formar ATP y NADPH, los
productos de las reacciones de luz.
 El flujo lineal de electrones en
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los dos fotosistemas es la clave para
esta transformación energética.
Figura 10.14
Flujo linear de electrones: fotosistemas II y I
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P680+ es el agente oxidante más potente que se conoce.
Pq = plastoquinone, Pc = plastocyanin.
Fd = ferredoxin.
Flujo linear de electrones: analogía mecánica
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Flujo cíclico de electrones
 Algunas veces los electrones
excitados puede seguir otra ruta
llamada flujo cíclico de electrones.
 Sólo se usa el fotosistema II.
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Figura 10.16
Quimiosmosis: mitocondria y cloroplasto
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Ciclo de Calvin
22
Rubisco o RuBP
carboxilasa, es la proteínas
más abundante en el
cloroplasto y en la tierra.
Six G3P for every 3 CO2
Resumen
23