La Fotosíntesis

1. La Fotosíntesis "Lo que impulsa la vida es... una pequeña corriente electrica mantenida por el Sol”Albert Szent-Gyorgy GRUPO: 604 Ceballos Martínez Sandra Cruz Navarrete Francisco Aaron Flores Sánchez Laura Rodríguez Jain Omar Villegas Hernández Maidelin Thomé Parrilla Valeria

2. TODOS los seres vivos que nos rodean: los árboles, insectos, animales, e incluso nuestro propio cuerpo, están compuestos de moléculas biológicas basadas en el carbono.¿Cuál es la principal fuente de todo ese carbono? La fuente es el dióxido de carbono del aire. Nuestras células no pueden tomar el dióxido de carbono del aire e incorporarlo a moléculas orgánicas, pero algunas células vegetales si pueden y lo hacen por medio de la fotosíntesis.

3. ¿Qué es la fotosíntesis? • Es la conversión de energía lumínica en energía de enlaces químicos.Durante la fotosíntesis una célula fotosintética usa la energía lumínica capturada por la clorofila para impulsar la síntesis de carbohidratos • 6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2

4. Un análisis de este proceso sugiere que se transfieren átomos de hidrogeno del agua al dióxido de carbono para formar carbohidratos (reacción redox), en una reacción así uno o más electrones se transfieren de un donador de electrones (agente reductor) a un aceptor de electrones (agente oxidante).

5. ¿Quiénes llevan a cabo la fotosíntesis? • Los fotoautótrofos o fotótrofos (del griego: photo = luz, auto = sí mismo, troph = nutriente) son organismos (especialmente plantas) que efectúan fotosíntesis para obtener energía. Los organismos fotoautótrofos utilizan la energía de la luz solar para fijar el dióxido de carbono (CO2); éste es combinado con agua (H2O) formando PGAL(fosfogliceraldehido).

6. En un contexto ecológico los fotoautótrofos, junto con otros autótrofos tales como los quimioautótrofos proporcionan nutrientes a todas las otras formas de vida. En los ambientes terrestres las plantas son los principales organismos fototrópicos mientras que en los ambientes acuáticos se incluyen una variedad de organismos fototróficos como algas, protistas, bacterias y cianobacterias

7. El organelo de las células eucariotas donde se realiza la fotosíntesis es el cloroplasto. Tamaño y forma: 1 a 10 micrómetros. Son de forma gloubular o discoidal, de entre 4 y 6 micrómetros de diámetro y 10 micras de longitud. Los cloroplastos

8. Estructura de un cloroplasto • Cada cloroplasto está recubierto por una membrana doble. • El cloroplasto contiene en su interior una sustancia básica denominada estroma, la cual está atravesada por una red compleja de discos conectados entre sí, llamados lamelas. • Las lamelas se encuentran apiladas,a estas pilas se les llama grana. • Los tilacoides son membranas aplanadas o vesículas ensanchadas provenientes de las lamelas.

9. Las tilacoides y las lamelas contienen los pigmentos fotosintéticos del cloroplasto, así como las enzimas que se necesitan para las reacciones en presencia de luz

10. Al conjunto conformado por la clorofila, otros pigmentos empaquetados en los tilacoides y el aceptar de electrones se le denomina "fotosistema". • Existen dos tipos de fotosistemas: -el fotosistema I (FSI):asociado a moléculas de clorofila que absorben a longitudes de ondas largas (700 nm) y se conoce como P700. - El fotosistema II (FSII), está asociado a moléculas de clorofila que absorben a 680 nm. por eso se denomina P680.

11. En el corazon" del fotosistema se encuentra la clorofila que absorbe la luz para convertirla en una forma activada". • Los electrones arrancados a la clorofila son cedidos a la cadena de transporte de electrones de la membrana tilocoidal y transportados hasta una coenzima, el NADP, que e reduce a NADPH.

13. ¿En que consiste la Fotosíntesis? • En la planta, las hojas toman dióxido de carbono del aire y las raíces absorben agua que posee sustancias disueltas. • El agua llega a las hojas a través del tallo. • La energía proveniente de la luz del sol es captada por la clorofila. • Cuando la luz se encuentra con la clorofila, parte de la luz es absorbida y transformada en energía química

14. Esta energía es empleada en romper las moléculas del bióxido de carbono y de agua • Por medio de la clorofila, las hojas sintetizan carbohidratos (glucosa, fructosa, sacarosa y almidón) con las que elaboran sus propios tejidos.

16. Las reacciones de la fotosíntesis se dividen en dos:Las reacciones foto dependientes (la parte luminosa o “foto” de la fotosíntesis) realizados en los tilacoides y las del fijación del carbono (la parte síntesis) realizadas en el estroma.

17. FASE LUMINOSA ATP Y NADPH SON LOS PRODUCTOS DE LAS REACCIONES DEPENDIENTESLa energía lumínica es convertida en energía química en las reacciones comienzan cuando la clorofila captura energía lumínica, la cual hace que uno de sus electrones se desplace a un estado de energía superior. Este electrón energizado se transfiere a una molécula aceptora y es sustituido por un electrón del agua. Cuando esto ocurre el agua se disocia y se libera oxigeno molecular. Parte de la energía de las moléculas de los electrones energizados se usa para fosforilar ADP y formar ATP. Además se reduce la coenzima fosfato de di nucleótido de nicotina mida y adenina (NADP+), con la que se forma NADPH. Los productos de las reacciones fotodependientes ATP y NADPH, son ambos necesarios en las reacciones endergonicas de fijación del carbono.

18. FASE BIOSINTETICA (MAL LLAMADA OSCURA) SE PRODUCEN CARBOHIDRATOS DURANTE LAS REACCIONES DE FIJACION DE CARBONOLas moléculas de ATP y NADPH producidas durante la fase fotodependiente son adecuadas para transferir energía química pero no para el almacenamiento de esta a largo plazo. Por tal motivo, parte de su energía se transfiere a enlaces químicos de carbohidratos, los cuales a menudo se producen en grandes cantidades y se almacenan para uso futuro. En estas reacciones conocidas como fijación del carbono o CO2, se “fijan” átomos de carbono (del dióxido de carbono) en los esqueletos ya existentes de moléculas orgánicas. Como estas reacciones no tienen necesidad directa de luz se les mal llama reacciones foto independiente u “oscuras”. Sin embargo ciertamente no requieren oscuridad, además si, dependen de los productos de las reacciones foto dependientes.

20. La fase luminosa • Fase luminosa acíclica • Fase luminosa cíclicaLa diferencia entre ellas reside en el tipo de transporte de electrones que se realiza y si se genera o no un tipo de molécula energética, así como si se produce o no oxigeno.

21. Fase luminosa aciclica Se inicia con la llegada de fotones de luz al foto sistema II, lo que provoca la excitación del pigmento (P680). Dicha excitación tiene lugar con la captación de los electrones procedentes de la fotolisis del agua y el que la molécula de clorofila ceda o capte electrones está en función de su potencial redox. La clorofila P680 pasa de un potencial redox positivo a uno negativo, lo cual la convierte en una molécula excitada capaz de ceder los electrones que ha recibido del agua (P680*).La clorofila P680* cederá los electrones aceptor primario y después los pasa a una molécula llamada plastoquinona que gracias al ciclo de moxidacion-reduccion que sufre se irán incorporando protones al interior de la tilacoide que es de suma importancia para la síntesis del ATP.Una vez que los protones han atravesado la membrana, la plastoquinona los cede al complejo del cito cromo b6f que servirá de paso de los electrones hacia la plastocianina que es el donador primario de electrones del foto sistema I.Con la llegada al foto sistema II tenemos una nueva excitación que hará el potencial redox todavía más negativo que en el primer caso. La molecula de la clorofila pasara a un estado excitado como clorofila P700*Los electrones captados por la clorofila P700* serán cedidos al aceptor A0 y este los cederá a una molécula llamada ferrodoxina que por medio de reacción enzimática (reductasa sintetizara NADPH (molécula energética)Durante la fase luminosa a cíclica tiene lugar la síntesis tanto de ATP como de NADPH+H+ . La cantidad de ATP es escasa e insuficiente para la segunda fase dado que se necesitan 3 ATP por cada 2 NADPH .

22. FASE LUMINOSA CICLICA Aquí solo intervienen el foto sistema I por tanto:No hay fotolisis del aguaNo se forma NADPHNo se desprende O2El proceso es similar al a cíclico pero sin la participación de fotosistema II. Los fotones de luz inciden sobre la clorofila P700 y pasa al estado excitado de clorofila P700*internado los electrones capturados a la ferrodoxina y esta, en lugar de usarlos para sintetizar NADPH +H+ los cede a la plastoquinona que sirve para aumentar la concentración de protones en el interior del tilacoide.Los electrones de la plastoquinona son cedidos nuevamente al fotosistema I para que vuelva a repetirse el ciclo por qué no tenemos electrones de la fotolisis del agua.La realización repetida de este ciclo aumenta mucho la concentración de protones para aumentar la carencia de ATP.Fase oscura (biosintetica)Usa la energía producida durante la etapa luminosa para la síntesis de materia orgánica. Existen diferentes tipos de fotosíntesis.La fotosíntesis del carbonoTiene lugar por medio del ciclo de Calvin (quien la descubrió alrededor de 1950)Ciclo de Calvin consta de las siguientes etapas:CarboxilacionReducción del CO2Regeneración de la molecula Ribulosa 1, 5 bifosfato (RubisCo)En el estroma del cloroplasto tiene lugar el proceso de carboxilacion que consiste en la unión de una molécula de dióxido de carbono a una de ribulosa 1, 5 bifosfato dando lugar a una molécula de 6 carbonos inestables que se disocia en el acido 1,3.difosglicerido.Todas las plantas que siguen esta via reciben el nombre de C3, por que el resultado son moléculas de tres átomos de carbono.Reducción del CO2UNA VEZ QUE EL DIOXIDO DE CARBONO SE HA FIJADO gracias a la utilización de los compuesto energéticos sintetizados durante la fase luminosa puede tener lugar la transformación (reducción) del acido 3-fosfoglicerido en gliceraldehido 3-fosfatoEn dicha reacción se consume NADPH+H+ Y el gliceraldehido 3-fosfato resultante pueden seguir tres caminos:Síntesis del almidón, ácidos grasos y aminoácidos nivel estromaSíntesis de sacarosa a nivel de cito sol (fuera del cloroplasto)Regeneración del RubisCo.El gliceraldehido –fosfato es usado por las plantas para regenerar uno de sus enzimas más preciados, la RubisCo.El balance global es que por cada 5 MOLECULAS DE GLICERALDEHIDO 3-FOSFATO SE REGENERA 3riBULOSA 1,5 BIFOSFATO QUE SERVIRA PARA FIJAR C02.

23. Tipos de fotosíntesis • La fotosíntesis se puede clasificar según la presencia de oxígeno como un producto de la reacción en: -Oxigénica -Anoxigénica

24. Fotosíntesis Oxigénica • Fotosíntesis Oxigénica. - El donador de electrones debe ser el agua. -Cuando la luz es absorbida, el FSI se oxida y reduce al NAD+ para formar NADH + H y el FSII se oxida igualmente para donar sus electrones al FSI oxidado. -EL FSII es un fuete oxidante que le quita sus electrones al H2O, formando el O2.

25. Las cianobacterias, algas y plantas son organismos que generan oxígeno mediante la fotosíntesis oxigénica, siendo los responsables de la producción mayoritaria del oxígeno que existe en la atmósfera terrestre.

26. Fotosíntesis Anoxigénica • El aceptor deelectrones casi siempre, son derivados del azufre y del nitrógeno, sin desprendimiento de oxígeno. • Es una fosforilación cíclica, donde el donador y aceptor es el FSI, no existiendo un FSII ni una reducció del NAD+. En este proceso solo se genera energía para sintetizar ATP. Los ácidos y el hidrógeno molecular son donadores usuales.

27. Principalmente son bacterias las que utilizan este proceso, poseen un tipo especial de clorofila llamada bacterioclorofila, carotenioides y otros pigmentos. Éstos pigmentos les dan su nombre : bacterias rojas y bacterias verdes.

28. La molécula de AGUA en la fotosíntesis • Todos los organismos fotosintéticos excepto las bacterias utilizan el agua como dador de hidrógeno o de electrones para reducir a varios aceptores electrónicos, desprendiendo como consecuencia oxígeno molecular del procedente del agua

29. Obtención del Carbono • El carbono se obtiene del CO2 del ambiente mediante el proceso de la respiración.

30. Productos de la fotosíntesis • Reactivos iniciales:Materia inorgánica; agua, CO2 y sales minerales. • Productos: Principalmente oxígeno molecular y carbohidratos, también se producen ácidos grasos. . El O2 se difunde, pasa a través de las aberturas estomáticas hacia el exterior.

31. Los carbohidratos mas comunes que se acumulan en las células de la hoja como resultado de la fotosíntesis son el almidón y otros polisacáridos.

32. ¿Cómo se utiliza la luz? • Las reacciones luminosas de la fotosíntesis son primordialmente responsables de la conversión de la energía luminosa en energía química en forma de ATP y NADPH. • Todas las pruebas indican que las clorofilas participan directamente en la fotosíntes ,por medio de la absorción de ciertas longitudes de onda visibles de energía radiante.

33. Las longitudes de onda más efectivas para la fotosíntesis son las del rojo y el azul. Una gran cantidad de los componentes verdes que llegan a la hoja no son utilizados en la fotosíntesis, ya que la luz la luz verde no es absorbida.

34. Producción de Oxígeno • La molécula de H2O dona sus electrones al NAD+ temporalmente antes de la reducción del CO2. • La energía luminosa ayuda a que el transporte de electrones sea benéfico. • Todo el sistema de transporte evita que reacciones inversas se den en el proceso de oxidación y la eviten.

35. El proceso de pérdida de electrones se da por que se pierden cuatro electrones del FSII y así oxida dos moléculas de H2O para formar O2 y 4H+ y regresar al FII a su estado basal.

36. Fotosíntesis del nopal • El tipo particular de fotosíntesis que presentan los nopales corresponden al metabolismo del ácido crasuláceo (plantas CAM). La apertura nocturna de las estomas permite la toma de CO2, mientras que durante el día los mantienen cerrados para conservar el agua; lo que conduce a una acidificaión gradual del tallo.

37. Los estomas, en condiciones de déficit hídrico extremo, permanecen cerrados durante el día y la noche, evitando la transpiración y la entrada del CO2. • El agua y el CO2 producidos por la respiración son utilizados para la fotosíntesis, situación que explica la lenta deshidratación y degradación que sufren los cladodios durante un periodo prologando de sequía extrema.

38. Fotosíntesis del maíz • La fotosíntesis neta es inhibida a temperaturas arriba de 38ºC, aunque se ve más afectada cuando la temperatura se incrementa rápidamente. La principal causa de esto es la inactivación de la Rubisco, la cual empieza a decrecer su estado de activación a temperaturas arriba de 32.5ºC y casi se inactiva completamente a 45ºC

39. El efecto de las temperaturas altas causa, por un lado, un descontrol en los iones del agua, impidiendo el movimiento de solutos a través de las membranas de las células, y por otro, induce cambios en los procesos fisiológicos y bioquímicos incluyendo la fotosíntesis, respiración, actividad enzimática, estabilidad de la membrana celular y por último el crecimiento.

40. Factores que influyen en la fotosíntesis • La temperatura: cada especie se encuentra adaptada a vivir en un intervalo de temperaturas. La eficacia del proceso oscila de tal manera que aumenta con la temperatura, como consecuencia de un aumento en la movilidad de las moléculas, en la fase oscura, hasta llegar a una temperatura en la que se sobreviene la desnaturalización enzimática, y con ello la disminución del rendimiento fotosintético

41. La concentración de dióxido de carbono: si la intensidad luminosa es alta y constante, el rendimiento fotosintético aumenta en relación directa con la concentración de dióxido de carbono en el aire, hasta alcanzar un determinado valor a partir del cual el rendimiento se estabiliza.

42. La concentración de oxígeno: cuanto mayor es la concentración de oxígeno en el aire, menor es el rendimiento fotosintético, debido a los procesos de fotorespiración. • El tiempo de iluminación: existen especies que con una mayor producción fotosintética cuanto mayor sea el número de horas de luz, mientras que también hay otras que necesitan alternar horas de iluminación con horas de oscuridad.

43. La intensidad luminosa: cada especie se encuentra adaptada a desarrollar su vida dentro de un intervalo de intensidad de luz, por lo que existirán especies de penumbra y especies fotófilas. A mayor intensidad luminosa, mayor rendimiento, hasta sobrepasar ciertos límites, en los que se sobreviene la fotoxidación irreversible de los pigmentos fotosintéticos. Para una igual intensidad luminosa, las plantas C4 (adaptadas a climas secos y cálidos) manifiestan un mayor rendimiento que las plantas C3, y nunca alcanzan la saturación lumínica.

44. La escasez de agua: ante la falta de agua en el terreno y de vapor de agua en el aire disminuye el rendimiento fotosintético. Esto se debe a que la planta reacciona cerrando los estomas para evitar su desecación, dificultando de este modo la penetración de dióxido de carbono.

45. El incremento de la concentración de oxígeno interno desencadena la fotorespiración. Este fenómeno explica que en condiciones de ausencia de agua, las plantas C4 sean más eficaces que las C3.

46. El color de la luz: • -la clorofila α y la clorofila β absorben la energía lumínica en la región azul y roja del espectro • - los carotenos y xantofilas en la azul • - las ficocianinas en la naranja • - las ficoeritrinas en la verde. • .

47. Estos pigmentos traspasan la energía a las moléculas diana. La luz monocromática menos aprovechable en los organismos que no tienen ficoeritrinas y ficocianinas es la luz. En las cianofíceas, que si poseen estos pigmentos anteriormente citados, la luz roja estimula la síntesis de ficocianina, mientras que la verde favorece la síntesis de ficoeritrina

48. Fotosíntesis en el otoño • Después del verano cuando las noches son más frías, comienza en las hojas un proceso por el cual el azúcar presente en los tejidos foliares, da lugar a pigmentos, que viran el color de las hojas a los dorados y rojos que tanto nos deslumbran en el otoño.

49. Estos pigmentos conocidos como antocianina y antoxantina suelen estar siempre presentes en algunas plantas, sobre todo en las estaciones más frías, dejándole paso al verde en el verano.En los brotes primaverales cumplen la función de protección, enmascarando el verde claro de las pequeñas hojas, más vulnerable a los rayos ultravioletas, con tintes rojizos, como es el caso de los ilex y photinias.

50. En el otoño la clorofila se retira produciendo pigmentos carotenoides, virando el color de las hojas al amarillo pálido. • En Otoño, los árboles sintetizan la clorofila y reabsorben en sus tejidos parte de sus componentes. El que las hojas se tornen hacia tonalidades rojizas con la llegada del otoño se debe a que éste color las hace menos sensibles al frío e incluso al descenso de radiación solar, por lo que pueden realizar la fotosíntesis durante un periodo de tiempo mayor, y así aportar la mayor cantidad posible de nitrógeno a los tejidos.