Metabolismo de carbohidratos I: EL PROCESO DE FOTOSÍNTESIS
Dra. Roxana Mabel Ordóñez Cátedra de Fitoquímica
FOTOSINTESIS ? FOTO SINTESIS
Gr. Foos = LUZ Gr. Synthesis = COMPONER, JUNTAR
Organismos que la llevan a cabo PROCARIOTAS EUCARIOTAS
La fotosíntesis es un proceso complejo. Sin embargo, la reacción general se puede resumir de esta manera: 6 CO2 + 6 H2O + energía de luz
enzimas
C6H12O6 + 6 O2
clorofila
•Fotosíntesis oxigénica
(plantas, algas, cianobacterias)
CO2 + 2 H2S + energía de luz H2O
enzimas
C6H12O6 + 2 S +
clorofila
•Fotosíntesis anoxigénica (bacterias verdes o púrpuras del azufre)
IMPORTANCIA DE LA FOTOSÍNTESIS EN EL CONTEXTO ECOLÓGICO
Un auto recorre en promedio 15.000 Km.año-1 y produce 4 Ton CO2. año-1, 1/4 ha (2500 m2) de Eucalyptus fija 4 Ton CO2. año-1 por el proceso de FOTOSÍNTESIS
FOTOSINTESIS “SINTESIS EN PRESENCIA DE LUZ” o reacciones tilacoidales
ABSORCION DE LA LUZ CONVERSION DE ENERGIA “REACCIONES DE FIJACIÓN DEL C” TRANSFERENCIA ELECTRONICA: sistema de óxido-reducción. MULTIPLES PASOS ENZIMATICOS (CO2 -- H2O CARBOHIDRATOS
FASE CLARA O LUMINICA
FASE OSCURA
REACCIONES LUMINICAS O DEPENDIENTES DE LUZ
TILACOIDES
REACCIONES DE ASIMILACION O FIJACION DEL CARBONO
ESTROMA
Células del mesófilo de hojas
LA LUZ Y LOS PIGMENTOS
La luz es una forma de energía radiante. La energía radiante es energía que se propaga en ondas. Hay varias formas de energía radiante (ondas de radio, infrarrojas, ultravioletas, rayos X, etc.).
Para sintetizar alimento, se usan únicamente las ondas de luz.
Cuando la luz choca con la materia, parte de la energía de la luz se absorbe y se convierte en otras formas de energía.
Cuando en una célula la luz del sol choca con las moléculas de clorofila, la clorofila absorbe alguna de la energía de luz que, eventualmente, se convierte en energía química y se almacena en las moléculas de glucosa que se producen.
Cuando un rayo de luz pasa a través de un prisma, se rompe en colores. Los colores constituyen el espectro visible.
Los colores del espectro que el pigmento clorofila absorbe mejor son el violeta, el azul y el rojo. ¿Por qué la clorofila es verde?
Pigmentos fotosintéticos CLOROFILA
Hay varias clases de clorofila, las cuales, generalmente se designan como a, b, c y d. Algunas bacterias poseen una clase de clorofila que no está en las plantas ni en las algas. Sin embargo, todas las moléculas de clorofila contienen el elemento magnesio (Mg).
Carotenoides
Espectro de absorción de algunos pigmentos fotosintéticos
CLOROPLASTOS
Captación de la luz: sistemas pigmentarios o PS
• Reemitir un fotón (fluorescencia)
luz Chl
Chl*
• Emisión de calor
Chl
• Transferencia de excitación o excitónica • Reacción química redox (fotoquímica)
Centro de reacción
Chl A hυ
Chl* A Chl+ A-
Absorción y emisión de luz por la clorofila
COMPLEJO ANTENA
Fases de la fotosíntesis
PSII
1. Reacciones dependientes de luz Ocurren en las granas de los cloroplastos: 1. La clorofila y otras moléculas de pigmento presentes en las granas del cloroplasto absorben la energía de luz. 2. Esto aumenta la energía de ciertos electrones en las moléculas de los pigmentos activándolos. Esto los lleva a un nivel de energía más alto. A medida que los electrones de los pigmentos llegan a un nivel de energía más bajo, liberan energía.
PSI
3. Los electrones regresan a un nivel de enrgía más bajo al pasar por una cadena de transporte de electrones, en forma muy parecida a lo que ocurre en la respiración celular. En el proceso de liberación de energía de los electrones, se produce ATP. En otras palabras, la energía de los electrones se convierte en energía utilizable en los cloroplastos. El ATP que se produce en las reacciones dependientes de luz se utiliza en las reacciones de oscuridad.
Transporte de electrones
Formación de ATP-NADPH
Reacciones lumínicas y del carbono de la fotosíntesis
CICLO DE REDUCCION DEL CARBONO - CICLO DE CALVIN
RIBULOSA BIFOSFATO CARBOXILASA / OXIGENASA - espinaca Sitios activos (amarillo) (8)
Subunidad pequeña (8)
250 mg/l en el estroma
≈ 4mM de sitios activos M ≈ 550.000
Subunidad grande (8) Vista superior
Vista lateral
RIBULOSA BIFOSFATO CARBOXILASA / OXIGENASA Rhodospirillum rubrum Ribulosa 1,5 bifosfato
Mg2+
-Lis, carboxilad a
Subunidades similares a las grandes de plantas (2)
Activación de la Rubisco
Carboxilación de la ribulosa-1,5-bifosfato por la Rubisco
Síntesis de sacarosa y almidón
ENZIMAS REGULADAS POR LUZ
Rubisco
Fructosa 1,6-bifosfatasa
Ribulosa 5-fosfato quinasa Sedoheptulosa 1,7-bifosfatasa
NADP: Gliceraldehído 3-fosfato deshidrogenasa
Efectores de la Rubisco
FOTORRESPIRACION Ciclo C2 fotosintético oxidativo
Plantas C3
Trigo Limonero s
Arroz
Yerba mate
Soja Tabaco
Plantas C4 Maiz Amaranto Sorgo
Pasto elefante
Caña de azúca
Monocotiledónea C4 Saccharum officinaurm
Dicotiledónea C4 Flaveira australasica
Monocotiledónea C3 Poa sp.
Fotosíntesis C4
NADP enzima malico
NAD enzima malico
PEP-CK
Fotosíntesis CAM - Metabolismo ácido de las Crasuláceas
Plantas CAM
Asimilación de CO2, evaporación y conductancia estomática en el cactus Opuntia ficus-indica (CAM)
Regulación diurna de la fosfoenol piruvato carboxilasa PEP (CAM)
Conversión de energía solar a carbohidratos en la hoja