Presentasion de Fotosintesis

CianobacteriaBacterias púrpuras

Plantas terrestresProchloron

Bacterias fotosintéticas

Algas multicelulares

EuglenaProtistas fotosintéticos

• Explicar la importancia y la función del proceso de fotosíntesis.

• Reconocer la contribución de: Jan Baptista Van Helmont, Joseph Priestly, Jan Ingenhousz, Van Niel y F.F. Blankman.

• Describir la importancia y la función de los siguientes pigmentos: clorofila a clorofila b y los carotenoides.

• Escribir la ecuación química del proceso fotosintético.

• Explicar la relación que existe entre la energía solar y el proceso de fotosíntesis.

• Explicar el espectro de absorción de la clorofila, y el espectro de acción de fotosíntesis.

• •

OBJETIVOS

• Definir: fotosistema, fotólisis, fotón, centro de reacción, reducción, oxidación, largo de onda, pigmento, y fotorrespiración.

• Comparar las reacciones fotoquímicas con las de fijación de CO2 en términos de: reactantes, productos, lugar donde ocurren y la relación entre ambos.

• Explicar las reacciones de fijación y reducción del CO2 en el Ciclo de Calvin, el paso Hatch-Slack y en el CAM.

• Nombrar los factores limitantes del proceso de fotosíntesis y sus efectos.• Mencionar las adaptaciones anatómicas en las plantas C4 y CAM.

• Comparar plantas C3, C4 y CAM en términos de eficiencia anatómica, fijación de CO2, gasto de ATP y enzimas que catalizan las reacciones.

OBJETIVOS

• Transformación de la energía solar en energía química

• la producción de carbohidratos desde el dióxido de carbono y el agua en presencia de la clorofila usando la energía solar.

• permite la vida en nuestro Planeta.

Qué es Fotosíntesis?

Jan Ingen-Housz (1730–1799)

Experiments Upon Vegetables (1779)

•La luz es necesaria para la fotosíntesis •Observó burbujas que salen de las partes verdes de las plantas

• sugiere que es Oxígeno

Starch Picture

ASIMILACIÓN

UN POQUITO DE HISTORIA…

•Las hojas son el lugar principal del proceso

•Respiración celular en las plantas.•En la oscuridad las plantas expulsan CO2

•Los antiguos Griegos se percatan de que los fertilizantes aumentan el tamaño de las plantas y que las plantas parecen depender del suelo para sobrevivir. Sugieren que las plantas se alimentan del suelo.

•Jan Baptista Van Helmont (1648) diseñó un experimento en el que sembró un sauce de 5 libras en 200 libras de tierra. Le añadió agua solamente. Después de cinco años removió el sauce y lo pesó. Obtuvo la medida de 169.2 lb. para el árbol y 199.8 lb. de la tierra. Van Helmont llegó a la conclusión de que las plantas no comen tierra y que su aumento en tamaño se debe al agua que reciben.

•Joseph Priestley (1771) En un experimento colocó debajo de una campana de cristal un ratón con una vela encendida. El resultado fue la muerte del ratón. Si colocaba debajo de la campana de cristal un ratón, una planta y una vela encendida el ratón sobrevivía. La conclusión del experimento fue que: las plantas limpian y purifican la atmósfera. Hoy decimos que las plantas obtienen CO2 y liberan O2.

•Jan Ingenhouz (1730-1799) confirmó el trabajo de Priestly y demostró que el aire era restaurado solo en presencia de la luz solar y las partes verdes de la planta.

•Frederick F. Blankman (1905) mostró experimentalmente que la fotosíntesis se divide en dos etapas: una etapa que requiere luz y otra que es “independiente”de la luz (Fig.1)



Heather Ackroyd and Dan HarveyArte vivo

Figure 1. Engelmann’s drawing of his action spectrum for oxygenic photosynthesis

http://4e.plantphys.net/image.php?id=96

Cornelius B. Van Niel (1931) estudiaba bacterias sulfurosas cuando encontró que llevaban a cabo la siguiente reacción:

Luz CO2 + 2H2S → (CH2O) + H2O +2S

C.B. Van Niel generalizó la siguiente reacción para fotosíntesis: LuzCO2 + 2H2A → (CH2O) + H2O + 2ª

Fue Van Niel el que propuso que el Oxígeno (O2) se produce desde la molécula de agua y no desde el dióxido de carbono (CO2) como se pensaba anteriormente.


Reactants: 6 CO2

Products:

12 H2O

6 O26 H2OC6H12O6


Martin David Kamen, (1913–2002),

Corte transversal de una hojaVena

Mesófilo

EstomasCO2 O2

Chloroplast Células del Mesófilo

Membrana Externa

Espacio Intermembrana 5 µm

Membrana InternaEspacio Tilacoidal

TilacoideGranaEstroma

1 µm

¿DONDE OCURRE?

El proceso de fotosíntesis usa la energía solar, el CO2 y el agua para producir carbohidratos. La energía solar se transforma en energía química presente en las moléculas de carbohidratos que se producen.

Importancia del sol en la fotosíntesis

Luz

H2O

Cloroplasto

Rxs de Luz

NADP+

PADP

i+

Ocurren en los Tilacoides

Rompimiento de H2O

Luz

H2O

Cloroplasto Rxs de Luz

NADP+

PADP

i+ATP

NADPH

O2

Ocurren en los Tilacoides

Rompimiento de H2O

Libera Oxígeno

Reducción de NADP + a NADPH

Genera ATP por fotofosforilación

Para que ocurra reducción de NADP+ a NADPH un átomo gana uno o más electrones. En el caso de oxidación (lo contrario) un átomo pierde uno o más electrones

Luz

H2O

Cloroplasto

Rxs de Luz

NADP+

PADP

i+

ATP

NADPH

O2

Ciclo de

Calvin

CO2

Luz

H2O

Cloroplasto

Rxs de Luz

NADP+

PADP

i+

ATP

NADPH

O2

Ciclo de

Calvin

CO2

[CH2O](Azúcar)

UV

Visible light

Infrarojo Microondas

OndasRadioRayos-XRayos

Gamma

103 m1 m

(109 nm)106 nm103 nm1 nm10–3 nm10–5 nm

380 450 500 550 600 650 700 750 nm

Largo de Onda LargoMenor EnergíaMayor Energía

Largo de Onda Corto

Luz Reflejado

Luz Absorbida

Luz

Cloroplasto

LuzTransmitida

Grana

Pigmentos: Sustancias que pueden absorber luz

• Son moléculas orgánicas

• Tienen la capacidad de absorber energía lumínica.

• Algunos están formados por grandes anillos de carbono que a su vez están formados por anillos más pequeños que contienen nitrógeno.

Clorofila• La clorofila es un pigmento soluble en solventes no polares

• Absorbe energía entre los 400 y los 500 nm (región Violeta y azul del espectro de la luz visible) y entre 600 y 700 nm (región anaranjado y rojo)

• La clorofila a es el pigmento más importante para el procesos de fotosíntesis

• Su formula molecular corresponde a: C55H72O3N4Mg

• Los pigmentos accesorios incluyen a la Clorofila b que tiene una formula molecular similar a la de la clorofila a: C55H70O6N4Mg.

• La diferencia entre las moléculas es un grupo funcional (R-CHO). Esta sustitución causa diferencia en la función, absorción y color que reflejan (diferentes tonos de verde).

Pigmentos en las plantas: Clorofila

• Los largos de onda en los que absorben los diferentes pigmentos. Observe con detenimiento el espectro de absorción de la clorofila a.

• Cada pigmento absorbe a diferentes largos de onda. La clorofila a absorbe a largos de onda que corresponden a las regiones de los colores violeta -azul así como a la del rojo.

Qué se absorbe y cómo se refleja?

• Contienen cadenas de 40 carbonos. Solubles en solventes no polares y por lo general no tienen oxígeno presente.

• Consisten de largas cadenas de carbono unidos por enlaces dobles y sencillos en forma alterna.

• Sus largos de onda reflejan el rojo en los tomates, el amarillo en los guineos y el anaranjado en las zanahorias. Por eso nuestras abuelas nos decían que comieramos estos alimentos. En nuestro cuerpo este compuesto es convertido en retinol = Vitamina A, que es bueno para mantener saludable la retina

Carotenoides

Largo de Onda de la Luz (nm)

Abso

rció

n de

la L

uz p

or lo

s Pi

gmen

tos

Chlorofila a

Chlorofila b

Carotenoides

500400 600 700

distancia entre la parte superior (cresta) de una onda hasta la próxima

Espacio Tilacoidal(Interior del Tilacoide)

ESTROMA

e–

Moléculas de Pigmento

Fotones

Transfrencia de Energía

Clorofila a

Mem

bran

a Ti

laco

idal

Fotosistema

Aceptor Primario de ElectronesComplejo

Centro de RxComplejo Captador

de Energía

Un Fotosistema es una unidad que absorbe energía de la luz y que está compuesta por un centro de reacción y los pigmentos accesorios.

Los otros pigmentos absorben la energía para transferirla hasta el centro de reacción (clorofila a) del fotosistema.

Moléculas de

Pigmento

Luz

P680

e–

Aceptor Primario

2

1

e–

e–

2 H+

O2

+3

H2O

1/2

Fig. 10-13-2

Fotosistema II(PS II)

CTE

Moléculas de

Pigmento

Luz

P680

e–

AceptorPrimario

2

1

e–

e–

2 H+

O2

+3

H2O

1/2

4

Pq

Pc

ComplejoCitocromo

5

ATP

Fig. 10-13-3


Moléculas de

Pigmento

Luz

P680

e–

AceptorPrimario

2

1

e–

e–

2 H+

O2

+3

H2O

1/2

4

Pq

Pc

ComplejoCitocromo

CTE

5

ATP

fotosistema I(PS I)

Luz

Aceptor Primario

e–

P700

6


Moléculas de

Pigmento

Luz

P680

e–

Aceptor Primario

2

1

e–

e–

2 H+

O2

+3

H2O

1/2

4

Pq

Pc

Complejo Citocromo

CTE

5

ATP

Fotosistema I

Luz

Aceptor Primario

e–

P700

6

Fd

CTE

NADP+

reductasa

NADP+

+ H+

NADPH

8

7

e–e–

6

Fotosistema II

Clave

Mitocondria

Estructura delCloroplasto

Estrutura de la Mitocondria

Espacio Intermembranal

MembranaInterna

Cadena de Ttransporte

de Electrones

H+ Difusión

Matriz

Mayor [H+]Menor [H+]

Estroma

ATP Sintasa

ADP + PH+

ATP

Espacio en el Tilacoide

MembranaTilacoidal

Cloroplasto

i

H2OO2

e–e–

1

2

3Light

Fd

ComplejoCitocromo

ADP +

H+

ATPP

ATPsynthase

Hacia el Ciclo de

Calvin

MembranaTilacoidal

Espacio Tilacoidal (Alta concentración H+)

ESTROMA(Baja concentración H+ )

Fotosistema II Fotosistema I

4 H+

4 H+

Pq

Pc

LightReductasa

NADP+

NADP+ + H+

NADPH

+2 H+

1/2

ESTROMA(Baja concentración H+ )

5. ¿Qué son pigmentos?

1. ¿Qué es fotosíntesis?• Importancia• ¿Qué tipo de reacción es la fotosíntesis?

2. Describa la reacción general de fotosíntesis

3. Describa la estructura de un cloroplasto

4. ¿Cuáles son las características físicas de la luz?• Espectro electromagnético

6. Describa las reacciones de luz• ¿Cuál es el rol del agua en la fotosíntesis?• ¿Donde ocurren?• ¿Qué se produce?

7. Compare la fosforilación oxidativa en la mitocondria y la fotofosforilación oxidativa en los cloroplastos

Luz

H2O

Cloroplasto

Rxs de Luz

NADP+

PADP

i+

ATP

NADPH

O2

Ciclo de

Calvin

CO2

[CH2O](Azúcar)

Ribulose bisphosphate(RuBP)

3-Phosphoglycerate

Short-livedintermediate

Phase 1: Carbon fixation

(Entering oneat a time)

Rubisco

InputCO2

P

3 6

3

3

P

PPP


3-Phosphoglycerate




Rubisco

InputCO2

P

3 6

3

3

P

PPP

ATP6

6 ADP

P P61,3-Bisphosphoglycerate

6

P

P6

66 NADP+

NADPH

i

Phase 2:Reduction

Glyceraldehyde-3-phosphate(G3P)

1 POutput G3P

(a sugar)

Glucose andother organiccompounds

CalvinCycle


3-Phosphoglycerate




Rubisco

InputCO2

P

3 6

3

3

P

PPP

ATP6

6 ADP

P P61,3-Bisphosphoglycerate

6

P

P6

66 NADP+

NADPH

i

Phase 2:Reduction

Glyceraldehyde-3-phosphate(G3P)

1 POutput G3P

(a sugar)

CalvinCycle

3

3 ADP

ATP

5 P

Phase 3:Regeneration ofthe CO2 acceptor(RuBP)

G3P

Respiración Celular → ATP y/o comp. intermedios → aa, etcConversión en: F6P, FBP; F6P → G6P y G1PG1P → Celulosa-Almidón; G1P y F6P → Sacarosa

Ribulosa Bifosfato (RuBP)(5C)

1 ácido fosfoglicérico (3C)+

1 ácido fosfoglicérico (2C)

2 ácidos fosfoglicéricos(2-3 C)

↑ CO2/ ↓O2 Ciclo de Calvin

↓ CO2/ ↑ O2 Fotorrespiración

2 CO2

Célula del MesófiloCélulas Fotosintéticasde una PlantaC4

Célula de la Vaina del Haz

Vena(Tejido Vascular)

Stoma

Célula delMesófilo CO2PEP carboxylasa

Oxaloacetato (4C)

Malato (4C)

PEP (3C)ADP

ATP

Piruvato (3C)

CO2


Ciclo deCalvin

Azúcares

TejidoVascular

CO2

Caña de Azúcar

Célula del Mesófio

CO2

C4


Acidos orgánicos Liberan CO2 al Ciclo de Calvin

CO2 incorporadoen ácidos orgánicos(Fijación de carbono)

Piña

Noche

Día

CAM

AzúcarAzúcar

Ciclo deCalvin

Ciclo deCalvin

Acido Orgánico Acido Orgánico

Separación Espacial de las Etapas Separación Temporal de las Etapas

CO2 CO2

2

11

1. ¿Qué es fotosíntesis? Importancia ¿Qué tipo de reacción es la fotosíntesis?

1. Describa la reacción general de fotosíntesis

2. Describa la estructura de un cloroplasto

3. ¿Cuáles son las características físicas de la luz? Espectro electromagnético

5. ¿Qué son pigmentos?

6. Describa las reacciones de luz ¿Cuál es el rol del agua en la fotosíntesis?¿Donde ocurren? ¿Qué se produce?

5. Describa las similitudes entre la fosforilación oxidativa en la mitocondria y la fotofosforilación oxidativa en los cloroplastos

6. Describa el papel del ATP y NADPH en el Ciclo de Calvin

7. Describa las consecuencias de fotorespiración para las plantas y describa dos adaptaciones fotosintéticas que minimizan las fotorespiración

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