FOTOSÍNTESIS
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FOTOSÍNTESIS Es la transformación de la energía luminosa en energía química y el uso de esta energía para la síntesis de compuestos orgánicos a ´partir de moléculas inorgánicas como CO2 y H2O. Tipo de organismos que realizan fotosíntesis: Plantas, algas, bacterias fotosintéticas y diatomeas (componentes del fitoplancton). Fotosíntesis oxigénica: Proceso en el cual la síntesis de compuestos orgánicos se acompaña de la producción de oxígeno. Se presenta en plantas, algas y en algunos tipos de bacterias fotosintéticas. Fotosíntesis anoxigénica: Proceso en el cual la síntesis de compuestos orgánicos NO se acompaña de la producción de oxígeno. Se presenta en algunos tipos de bacterias. ¿DÓNDE SE LLEVA A CABO LA FOTOSÍNTESIS? FACTORES QUE REGULAN LA FOTOSÍNTESIS LUZ: Un elemento fundamental para que se lleve a cabo la fotosíntesis es la luz visible. La luz visible es una pequeña parte del espectro electromagnético de 400 a 750 nm. FACTORES QUE REGULAN LA FOTOSÍNTESIS PIGMENTOS FOTOSINTÉTICOS: Son las substancias químicas encargadas de captar la energía de la luz, transportarla y convertirla en energía química. FACTORES QUE REGULAN LA FOTOSÍNTESIS Una característica fundamental de los pigmentos fotosintéticos es la presencia de múltiples dobles enlaces conjugados en su estructura. Lo anterior le confiere a la molécula la posibilidad de absorber energía. A mayor número de dobles enlaces conjugados, es menor la cantidad de energía necesaria para que la molécula sufra una transformación. Pigmentos antena: Estos pigmentos captan la energía de la luz y la transportan hasta un sitio específico llamado CENTRO DE REACCIÓN. Centro de reacción: Es el sitio específico en donde una molécula de clorofila utiliza la energía absorbida para desprender un electrón. Ésta es la etapa en la cual la energía lumínica se utiliza para una reacción química. FACTORES QUE REGULAN LA FOTOSÍNTESIS H2O Y CO2: El agua y el bióxido de carbono son los substratos a partir de los cuales se sintetizan los carbohidratos en la fotosíntesis, de acuerdo con la siguiente ecuación general: 6 CO2 + 6 H2O → C6 H12 O6 + 6O2 Efecto de la temperatura sobre la fotosíntesis Las altas temperaturas provocan •Disminución en la síntesis de clorofila •Senescencia de las hojas • •Disminución de la actividad de la enzima Rubisco ESQUEMA GENERAL DE LA FOTOSÍNTESIS C H2 O + O2 CO2 + H2O ∆G = 2,872 kJ/mol ATP NADP+ + H+ Fd Fe- S NADPH NADP+ H+ tilacoide ADP H+ estroma ATP ADP ATPasa 2H+ 2H+ NADP –FAD Reductasa + ½ O2 PQH2 2eP700+ 2e- PC 2e- Citocromo bf Pheo 2e- QA 2e- P680+ QB 2e- H2 O PQ P700 NADPH P700* 2H+ P680* P680 REACCIONES Y FENÓMENOS QUE OCURREN EN LA FOTOSÍNTESIS Captación de luz por los pigmentos fotosintéticos. Uso de la energía luminosa para una reacción química (desprendimiento de electrones de moléculas de clorofila en los fotosistemas P700 y P680). Los electrones liberados del fotosistema P700 reducen el NADP+ y producen NADPH. El NADPH reduce el CO2 y produce (CH2O)n Los electrones liberados del fotosistema P680 regeneran las moléculas de clorofila, deficientes en electrones, del fotosistema P700. Fotólisis del H2O, que produce O2, protones (H+) y electrones. Uso de los electrones de la fotólisis del H2O para regenerar las moléculas de clorofila, deficientes en electrones, del fotosistema P680. Bombeo de protones desde el estroma hacia el lumen tilacoidal por el mecanismo de la plastoquinona-plastoquinol. Acumulación de protones (H+) en el lumen tilacoidal, procedentes del bombeo por el mecanismo plastoquinona-plastoquinol y de la fotólisis del agua. Síntesis de ATP aprovechando la energía del flujo de protones del lumen tilacoidal hacia el estroma. Uso del ATP generado para la síntesis de azúcares. Fotofosforilación cíclica ATP Fe- S Fd NADP –FAD Reductasa 2e- ADP ATPasa 2H+ H+ PQ 2eP700+ 2e- PC 2e- Citocromo bf 2ePQH2 P700 P700* NADPH H+ tilacoide H+ estroma H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ ADP ATP H2C―O―PO32― І C═O І C―OH І C―OH І H2C―O―PO32― O ═ C═O Ribulosa bifosfato H2C―OH І C═O І C―OH І C―OH І H2C―O―PO32― O―C═O І H―C―OH І H2C―O―PO32― 3-fosfoglicerato ATP CICLO DE CALVIN-BENSON ADP 2 Ribulosa 5 fosfato 2 O ═ C―H І H―C―OH І H2C―O―PO32― Síntesis de azúcares y polisacáridos ― H2C―O―PO32― І HO―C―H + І ― O―C ═ O Gliceraldehido 3 fosfato O ═ C―O―PO32― І H―C―OH І H2C―O―PO32― 1, 3-bifosfoglicerato NADPH NADP+ H2C―O―PO32― І C═O І HC―OH І HC―OH І H2C―O―PO32― Ribulosa bifosfato H2C―O―PO32― І H―C―OH І ― O―C═O CO2 Aldolasa 6 NADPH 6 ATP 6 ADP + O―C═O O ═ C―O―PO32― І H―C―OH І H2C―O―PO32― ― Rubisco І H―C―OH І H2C―O―PO32― 3-fosfoglicerato 6 NADP+ Fosfoglicerato quinasa 1, 3-bifosfo glicerato O ═ C―H І H―C―OH І H2C―O―PO32― Triosa fosfato isomerasa Gliceraldehido Gliceraldehido 3 fosfato fosfato deshidrogenasa 3 ADP 3 ATP Síntesis de azúcares y polisacáridos Ribulosa fosfato quinasa H2C―OH І C═O І HC―OH І HC―OH І H2C―O―PO32― Ribulosa 5 fosfato Ribosa fosfato isomerasa HC ═O І C―OH І HC―OH І HC―OH І H2C―O―PO32― Ribosa 5 fosfato H2C―OH І C═O І HC―OH І HC―OH І H2C―O―PO32― CICLO DE CALVIN-BENSON O ═ C―H І H―C―OH І H―C―OH І H2C―O―PO32― Ribulosa 5 fosfato Eritrosa 4-fosfato Fosfopentosa epimerasa H2C―OH І C═O І HO―CH І HC―OH І H2C―O―PO32― Xilulosa 5 fosfato CH2―O―PO32― І C═O І H2C―OH Fosfato de dihidroxiacetona H2C―O―PO32― І C═O І HO―C―H І HC―OH І HC―OH І H2C―O―PO32― Fructosa-1,6-bifosfato Fructosa bifosfatasa H2C―OH І C═O І HO―C―H І HC―OH І HC―OH І H2C―O―PO32― Fructosa-6-fosfato Transcetolasa Sedoheptulosa7.fosfato Sedoheptulosa1,7.bifosfato H2C―OH H2C―O―PO32― І І C ═O C ═O І SedoheptulosaІ HOC―OH bifosfatasa HOC―OH І І HC―OH HC―OH І І HC―OH HC―OH І І HC―OH HC―OH І І H2C―O―PO32― H2C―O―PO32― Transcetolasa Aldolasa VÍA C4 DE LA FOTOSÍNTESIS Surgió como una respuesta a la disminución de CO2 en la atmósfera. Es una especie de mecanismo de concentración del CO 2, utilizando un conjunto de enzimas que previamente existían en las plantas, en especial, la fosfoenolpiruvato carboxilasa, que sirve para fijar el CO2 y que tiene una alta afinidad por dicho substrato, siendo capaz de fijarlo aun a muy bajas concentraciones. ― O―C═O І Oxalacetato C ═O І CH2 І ― O―C═O CO2 ― O―C═O І C―O―PO32― ║ Fosfoenolpiruvato Fosfoenolpiruvato CH2 carboxilasa AMP + PPi NADPH + H ATP NADP+ ― ― O―C═O І HO― C―H І Malato CH2 І ― O―C═O ― O―C═O І HO― C―H І CH2 І ― O―C═O Célula de la vaina O―C═O І C ═O І CH3 Célula del Mesófilo Piruvato NADP+ NADPH + H Enzima málico dependiente de NADP ― O―C═O І C ═O І CH3 CO2 Ciclo de CalvinBenson FOTORRESPIRACIÓN CLOROPLASTO PEROXISOMA MITOCONDRIA NADH ― Glicolato oxidasa ― O―C═O І H2C - O-PO32- Fosfoglicolato fosfatasa 2-Fosfoglicolato O―C═O І H2C - OH Glicolato Glicina transaminasa ― O―C═O І H-C ═ O ― O―C═O І H-2C – NH3+ Glioxilato + O2 O-PO32- H2C І HO―C―H І ― O―C ═ O NAD + Glicina Glicina descarboxilasa CO2 + NH3+ H2O2 3-fosfoglicerato O2 Rubisco COO― І CH2 І H―C―H І H―C - NH3+ І COO― CITOSOL H2C - O-PO32І C═O І HC―OH І HC―OH І H2C - O-PO32- Glutamato COO― І CH2 І H―C―H І C ═O І COO― H4-Folato H4-Folato-CH2 α-cetoglutarato Ribulosa bifosfato H2O NAD + O-PO32- H2C І HO―C―H І ― O―C ═ O Glicerato quinasa H2C - OH І HO―C―H І ― O―C ═ O 3-fosfoglicerato ADP ATP Glicerato NADH Hidroxipiruvato reductasa H2C - OH І C═O І ― O―C ═ O Hidroxipiruvato Serina transaminasa H2C - OH І H-C - NH3+ І ― O―C ═ O Serina H-2C – NH3+ І Glicina hidroxi ―O―C═O metiltransferasa Glicina
