fotosíntesis
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FOTOSÍNTESIS
IQ LAURA SOFIA RAMIREZ
WILCHES
GENERALIDADES
Es el proceso en el cual se obtienen carbohidratos a partir de sustratos inorgánicos, usando como energía la luz solar.
Ocurre la reacción inversa a la oxidación de hidratos de carbono.
Ciclo del carbono en la naturaleza El dióxido de carbono y el
agua se combinan mediante la fotosíntesis para formar hidratos de carbono.
Tanto en los organismos fotosintéticos como en los no fotosintéticos, estos hidratos de carbono pueden reoxidarse para regenerar el CO2 y el H2O.
Parte de la energía obtenida de la fotosíntesis o de la oxidación se atrapa en el ATP.
REACCIONES DE LA FOTOSINTESIS
Una forma general de la fotosíntesis cuando no se tiene como producto principal la glucosa, sino cualquier carbohidrato es:
𝐶𝑂2 + 𝐻2𝑂𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑙𝑢𝑚𝑖𝑛𝑜𝑠𝑎
(𝐶𝐻2𝑂) + 𝑂2
Existen microorganismos que no utilizan el oxigeno como agente oxidante, sino otra, entonces para estos se tiene la ecuación general:
𝐶𝑂2 + 𝐻2𝐴𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑙𝑢𝑚𝑖𝑛𝑜𝑠𝑎
(𝐶𝐻2𝑂) +2A
EJEMPLOS DE REACCIONES
FOTOSINTETICAS
Reacciones luminosas
Se utiliza la luz solar para oxidación fotoquímica del agua y fosforilación
Reacciones oscuras
Síntesis de Carbohidratos a partir de CO2, con la energía (ATP) de la fase luminosa)
¿Dónde ocurre la fotosíntesis?
En todas las plantas superiores y las algas, los
procesos fotosintéticos están localizados en los
cloroplastos
Tienen una estructura
Similar a la de las
Mitocondrias
Posee una membrana
Interna de
Permeabilidad
Selectiva
Dentro de esta membrana se encuentran
los estromas (que cumple una función
análoga a la matriz mitocondrial), que es
donde ocurren las reacciones oscuras
Dentro de los estromas existen unas
membranas llamadas Tilacoides: Donde
ocurren las reacciones luminosas
REACCIONES LUMINOSAS
Los pigmentos que capturan la luz en los organismos fotosintéticos se denominan Cromóforos
La clorofila y algunos de los pigmentos
accesorios están contenidos en las
membranas tilacoides del cloroplasto
Los ensamblajes de los pigmentos de
captación de la luz en la membrana
tilacoide, están organizados en
fotosistemas,que son unidades
estructurales que absorben fotones de
luz recuperando su energía en forma
química
Reacciones luminosas de los dos
fotosistemas
Presenta una absorbancia hasta de 680 nm
El fotosistema lleva a cabo una serie de reacciones de oxidación-reducción
Se empieza con la absorción de un fotón captado por el sistema de captación de luz del fotosistema II
Es conducido a una clorofila centro de reacción, denominada P680
La excitación del P680 hace pasar a la molécula del estado basal a un estado excitado de —0.8 voltios
FOTOSISTEMA II (PSII)
El P680 excitado transfiere rápidamente un electrón a un aceptor electrónico primario de menor energía,(lafeofitina a (Ph): similares a la clorofila con dos protones sustituyendo al MG central)
El electrón se transfiere a una serie de moléculas de plastoquinona (QA y Qb) asociadas con proteínas del PSII.
Finalmente, se captan dos electrones y dos protones por la plastoquinona QB (procedentes del estroma)
La plastoquinona reducida, QH 2 (plastoquinol) se libera a la porción lipídica de la membrana tilacoide.
El plastoquinol con un complejo de
citocromos y proteínas hierro-azufre,(el
complejo citocromo b6f: complejo cataliza
la transferencia de los electrones a una
cuproproteína (plastocianina (PC)).
Así se transmiten electrones activados desde
el fotosistema II al fotosistema I y bombean
protones desde el estroma a la luz del
tilacoide
En general, El fotosistema II extrae los
electrones del agua, los transfiere al
fotosistema I y libera O2.
FOTOSISTEMA I (PSI)
Presenta una absorbancia hasta de 700 nm
En este fotosistema los electrones de las moléculas
de agua alcanzan su destino final en el NADPH.
Los electrones se liberan de nuevo desde un
centro de reacción por la excitación luminosa
(P700), y pasan a través de una segunda cadena
de transporte electrónico.
Estos electrones son sustituidos por los que
proceden del fotosistema II.
las clorofilas antena asciende los electrones del
P700 desde un estado basal a un estado excitado
a, aproximadamente, - 1 .3 V
El electrón es captado por un aceptor
clorofílico (denominado A0),
luego se transfiere a una molécula de
filoquinona (A1, conocida como vitamina K1)
Luego pasa a través de una serie de tres
proteínas hierro-azufre (Fx, FB y FA)
Por último, el electrón se transfiere a otra
proteína hierro-azufre, la ferredoxina soluble
(Fd), que se encuentra en el estroma.
La enzima ferredoxina: NADP+ oxidorreductasa
cataliza la transferencia de electrones al NADP+
2𝐹𝑑 𝑟𝑒𝑑 + 𝐻+ + 𝑁𝐴𝐷𝑃+
𝐹𝑑−𝑁𝐴𝐷𝑃−𝑟𝑒𝑑𝑢𝑐𝑡𝑎𝑠𝑎2𝐹𝑑 𝑜𝑥 + 𝑁𝐴𝐷𝑃𝐻
REACCIONES OSCURAS
Las reacciones oscuras se producen en el estroma del cloroplasto (o en el citoplasma de las bacterias fotosintéticas).
Se conoce también como ciclo de Calvin
El ciclo de Calvin utiliza el ATP y el NADPH generados en las reacciones luminosas para fijar el CO2 atmosférico en hidratos de carbono.
El ciclo de Calvin puede contemplarse como
formado por dos fases:
En la fase I, se atrapa el dióxido de carbono en
forma de carboxilato y se reduce al nivel de
carbonilo que se encuentra en los azúcares,
con lo que se produce una síntesis neta de
hidratos de carbono.
La fase II está dedicada a la regeneración de
la molécula aceptora.
Fase I: fijación de CO2 y producción de
azúcar
El dióxido de carbono se incorpora al
gliceraldehído-3-fosfato (GAP).
La molécula aceptora del CO2 es la
ribulosa-1,5-bisfosfato (RuBP)
La reacción es catalizada por la ribulosa-
1,5-bisfosfato carboxilasa/oxigenasa, (o
rubisco)
La enzima tiene también una actividad
alternativa de oxigenasa
Cada molécula de 3PG se fosforila por el ATP, en una reacción catalizada por la fosfoglicerato quinasa.
El 1,3-bisfosfoglicerato producido así se reduce luego a gliceraldehído- 3-fosfato (GAP), con la pérdida asociada de un fosfato.
El agente reductor es el NADPH, producido en la reacción lum inosa, y la reacción la cataliza la gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa
En este punto la ruta se divide en dos, para
cumplir los dos objetivos esenciales:
Formar hexosas y regenerar el aceptor:De las
12 moléculas de GAP; se utilizan 2 para formar
una molécula de hexosa.
Regenerar ribulosa bisfosfato: Las 10 restantes
se usan para regenerar las 6 moléculas de, que
son necesarias para mantener el ciclo. (10
moléculas de tres carbonos se convertirán en 6
moléculas de cinco carbonos.)
Formación de azúcares hexosas
Se sigue una parte de la ruta de la
gluconeogénesis.
Una molécula de GAP y una molécula de
DHAP reaccionan, mediante la acción de la
enzima fructosa bisfosfato aldolasa, para dar
la fructosa-l,6-bisfosfato (FBP)
La FBP se desfosforila para producir tres
moléculas de fructosa-6-fosfato (F6P)
Dos F6P pasan al ciclo de regeneración y una
pasa a formar hexosas.
ESTEQUIOMETRIA
DEL CICLO DEL
CLAVIN
Una mólecula de F6P se isomeriza entonces a glucosa-6-fosfato (G6P) y, finalmente, a glucosa-1-fosfato (G1P).
En los animales y en las plantas, la glucosa-1-fosfato es el precursor de la formación de oligosacáridos y polisacáridos
Las plantas almacenan su energía en forma de almidón que posteriormente convierten a sacarosa para transportarlo a través de sus conductos. (Similar al glucógeno-glucosa en los animales)
Fase II: regeneración del aceptor
Para completar el ciclo de Calvin, es necesario regenerar la ribulosa-1,5-bisfosfato suficiente para que mantenga en funcionamiento el ciclo.
Se necesitan regenerar 6 moles de RuBP por cada 6 moles
de CO2 capturado.
Las moléculas de entrada en esta ruta de reacción son las siguientes:
1. Dos moléculas de DHAP y cuatro moléculas de GAP procedentes de los seis GAP que se han derivado a la ruta de regeneración
2. Dos de las tres moléculas de íructosa-6-fosfato (F6P) que se han producido a partir de los tres GAP y las tres DHAP restantes.
El paso final de la regeneración de la ribulosa-l,5-bisfosfato es una fosforilación, catalizada por la enzima ribulosa-5-fosfato quinasa con el empleo de ATP.
Para seis vueltas del ciclo, este paso requerirá 6 ATP, además de los 12 ya considerados.
Por tanto, las necesidades para la síntesis de 1 mol de hexosa a partir de CO2 son de 12 moles deNADPH y 18 moles de ATP:
RESUMIENDO
El ATP y el NADPH necesarios para las reacciones
oscuras se liberan al estroma por las reacciones
luminosas de la fotosíntesis (se necesitan cuatro
fotones para la producción de cada molécula de
NADPH)
Sumando esta ecuación para lareacción
luminosa a la reacción oscura global, se obtiene
FOTORESPIRACIÓN
La ribulosa-1,5-bisfosfato puede desviarse del ciclo de Calvin, en especial cuando la concentración de CO2 es baja.
La RuBP carboxilasa/oxigenasa cataliza la oxidación de la RuBP para formar fosfoglicolato.
En las reacciones que siguen, se utiliza más O2, se genera CO2 y se hidroliza ATP, a medida que los metabolitos pasan desde el cloroplasto a los peroxisomas y las mitocondrias próximas y luego vuelven al cloroplasto.
En condiciones de CO2 bajo y de O2 alto, las plantas presentan fotorrespiración, en la que se consume 0 2 y se libera CO2.
