Fotosíntesis

Fotosíntesis : Flujo de energía

Light energy

ECOSYSTEM

CO2 + H2O

Photosynthesis

in chloroplasts

Cellular respiration

in mitochondria

Organic

molecules + O2

ATP

powers most cellular work

Heat

energy

Transformación de la energía

solar

Fotosíntesis es responsable

de la producción de toda la

materia orgánica que

conocemos.

1.55 x 1011 toneladas/año

de materia orgánica seca,

60% formada en la tierra.

Organismos Autotróficos = capaces de elaborar

moléculas orgánicas a partir de CO2 y materias primas

inorgánicas.

Productores

Fotoautotróficos: plantas, algas y algunas bacterias

Organismos con la capacidad única de absorber

energía lumínica y convertirla en energía química

almacenada en las moléculas orgánicas.

Proceso de fotosíntesis.

Fotosíntesis:

Fotoautotróficos

Fotosíntesis:

Organismos Heterotróficos = no pueden producir su

propio alimento. Se alimentan de los compuestos

producidos por otros organismos.

Consumidores y descomponedores

Fotosíntesis:

Fotosíntesis

6 H2O + 6CO2 C6H12O6 + 6O2

G = +686 kcal/mol

Respiración celular

C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6 H2O

G = -686 kcal/mol

Fotosíntesis:

Reactantes: 6 CO2

Productos:

12 H2O

6 O2 6 H2O C6H12O6

Fotosíntesis

6 H2O + 6CO2 C6H12O6 + 6O2

G = +686 kcal/mol

Fotosíntesis:

En las plantas

fotosíntesis ocurre

en los cloroplastos.

5 µm

Mesophyll cell

Stomata CO2 O2

Chloroplast

Mesophyll

Vein

Leaf cross section

Fotosíntesis: ¿Donde ocurre?

1 µm

Espacio

tilakoidal

Cloroplastos

Grana Espacio

Intermembranal

Membrana

Interna

Membrana

Externa

Estroma

Tilakoide

Rodeado por doble membrana

separadas por un espacio

intermembranal.

Sistema interno de membranas

en forma de sacos “aplanados”

llamados tilacoides donde se

encuentra la clorofila.

El fluido viscoso que rodea los

tilacoides se conoce con el

nombre de estroma.

Fotosíntesis: ¿Donde ocurre?

Fotosíntesis: ¿Como ocurre?

Reacciones de luz (Transducción de energía)

Ocurre en los tilacoides.

Se convierte la energía lumínica en energía química

NADPH – poder reductor (electrones “energizados”)

ATP - energía

Ciclo de Calvin (reacciones independientes de luz, Fijacion

de Carbono)

Ocurre en el estroma.

Incorporar CO2 del aire en moléculas orgánicas = Fijación

de carbono.

Reducción del carbono fijado hasta convertirlo en

carbohidrato.

Light

Fig. 10-5-4

H2O

Chloroplast

Light Reactions

NADP+

P

ADP

i +

ATP

NADPH

O2

Calvin Cycle

CO2

[CH2O]

(sugar)

H2O Fotosíntesis:

UV

Visible light

Infrared Micro- waves

Radio waves

X-rays Gamma

rays

103 m 1 m

(109 nm) 106 nm 103 nm 1 nm 10–3 nm 10–5 nm

380 450 500 550 600 650 700 750 nm

Longer wavelength

Lower energy Higher energy

Shorter wavelength

Fotosíntesis: Luz

Luz = energía o radiación electromagnética.

Tiene comportamiento de onda y de partícula.

La luz está compuesta de partículas de

energía conocidas como fotones

La energía de un fotón es inversamente

proporcional al largo de onda

Luz blanca, es la parte visible del espectro

electromagnético, consiste de un # de largos

de onda.

Fotosíntesis: Luz

Pigmento = sustancia que absorbe luz.

Algunos absorben todos los largos de

onda y por eso se ven negros.

Otros absorben sólo algunos largos de

ondas y reflejan el color que no

absorben

Color del pigmento esta dado por la

longitud de onda no absorbida

(reflejada)

La energía en forma de luz que

emite el sol es capturada por

pigmentos en las membranas

tilacoidales de los cloroplastos.

La luz puede ser reflejada, transmitida

o absorbida por la materia

Fotosíntesis: Luz-Pigmentos

Luz reflejada

Luz Absorbida

Luz

Cloroplasto

Luz Transmitida

Grana

Las membranas tilacoidales tienen

varios tipos de pigmentos.

Clorofila es el pigmento principal

La clorofila absorbe mayormente los

largos de onda violeta, rojo y azul.

Las hojas se ven verdes porque se

refleja la mayor parte de la luz verde

que llega a ellas.

Patrón de absorción de luz

de un pigmento

Fotosíntesis: Luz-Pigmentos

Si un pigmento absorbe luz

pueden ocurrir una de estas tres

cosas:

La energía se disipa como

calor.

La energía se emite

inmediatamente como una

de longitud de onda más

larga, fenómeno conocido

como fluorescencia.

La energía puede dar lugar a

una reacción química como

en la fotosíntesis.

(a) Excitation of isolated chlorophyll

Heat

Excited state

(b) Fluorescence

Photon Ground

state

Photon (fluorescence)

En

erg

y o

f e

lectr

on

e–

Chlorophyll molecule

Light Reactions:

Photosystem II Electron transport chain

Photosystem I Electron transport chain

CO2

NADP+

ADP P i +

RuBP 3-Phosphoglycerate Calvin Cycle

G3P ATP

NADPH Starch (storage)

Sucrose (export)

Chloroplast

Light

H2O

O2

Fotosíntesis: Luz-Pigmentos

Porphyrin ring: light-absorbing “head” of molecule; note magnesium atom at center

in chlorophyll a CH3

Hydrocarbon tail: interacts with hydrophobic regions of proteins inside thylakoid membranes of chloroplasts; H atoms not shown

CHO in chlorophyll b

Clorofila, pigmentos accesorios y

otras proteínas están organizadas

formando fotosistemas.

Fotosistema =“complejo antena” –

clorofila a, clorofila b y carotenoides.

Centro de reacción – clorofila a

y el aceptador primario de electrones.

Fotosíntesis: Fotosistemas

THYLAKOID SPACE (INTERIOR OF THYLAKOID)

STROMA

e–

Pigment molecules

Photon

Transfer of energy

Special pair of chlorophyll a molecules

Th

yla

ko

id m

em

bra

ne

Photosystem Primary electron acceptor

Reaction-center complex

Light-harvesting

complexes

Fotosistema =“complejo antena”

– clorofila a, clorofila b y

carotenoides.

Centro de reacción – clorofila a y

el aceptador primario de electrones.

Fotosíntesis: Fotosistemas

Fotosíntesis: Fotosistemas

Los pigmentos accesorios

actúan como antena,

conduciendo la energía que

absorben hacia el centro de

reacción.

Una molécula de clorofila

en el centro de reacción

puede transferir su excitación

a un aceptador primario de

electrones como energía útil

en reacciones de biosíntesis.

Pigment molecules

Light

P680

e–

Primary acceptor

2

1

e–

e–

2 H+

O2

+

3

H2O

1/2

4

Pq

Pc

Cytochrome complex

5

ATP

Photosystem I (PS I)

Light

Primary acceptor

e–

P700

6

Fd

NADP+ reductase

NADP+

+ H+

NADPH

8

7

e– e–

6

Fig. 10-13-5

Photosystem II (PS II)

Fotosíntesis: Reacciones de luz

Light

Fig. 10-5-4

H2O

Chloroplast

Light Reactions

NADP+

P

ADP

i +

ATP

NADPH

O2

Calvin Cycle

CO2

[CH2O]

(sugar)

Fotosíntesis: Reacciones de luz

Transforma la energía de la luz en energía química. Sus productos:

NADPH (capacidad de reducción) y ATP (energía) son utilizados

en el ciclo de Calvin para poder sintetizar azúcares.

Pigment molecules

Light

P680

e–

Primary acceptor

2

1

e–

e–

2 H+

O2

+

3

H2O

1/2

4

Pq

Pc

Cytochrome complex

5

ATP

Photosystem I (PS I)

Light

Primary acceptor

e–

P700

6

Fd

NADP+ reductase

NADP+

+ H+

NADPH

8

7

e– e–

6

Fig. 10-13-5

Photosystem II (PS II)

Fotosíntesis: Reacciones de luz-Flujo no cíclico

Fotosíntesis: Reacciones de luz-Flujo no cíclico

Fig. 10-14 Photosystem II Photosystem I

Mill

makes

ATP

e–

NADPH

e– e–

e–

e–

e– ATP

e–

Agua Fotosistema II Fotosistema I

NADP+

– rompimiento de agua (se genera O2) Fotólisis

4 fotones PSII + 4 Fotones PSI + 2 H2O +

6H+(estroma) + 2NADP+

8H+(lumen) + O2 +2NADPH

Fotosíntesis: Reacciones de luz-Flujo no cíclico

Fotosíntesis: Reacciones de luz-Flujo cíclico

ATP Photosystem II

Photosystem I

Primary acceptor

Pq

Cytochrome

complex

Fd

Pc

Primary

acceptor

Fd

NADP+

reductase

NADPH

NADP+

+ H+

Involucra unicamente al fotosistema I.

Solamente produce ATP.

Refleja la necesidades de la célula con

respecto a ATP, NADPH y carbohidrato.

Pigment molecules

Light

P680

e–

Primary acceptor

2

1

e–

e–

2 H+

O2

+

3

H2O

1/2

4

Pq

Pc

Cytochrome complex

5

ATP

Photosystem I (PS I)

Light

Primary acceptor

e–

P700

6

Fd

NADP+ reductase

NADP+

+ H+

NADPH

8

7

e– e–

6

Fig. 10-13-5

Photosystem II (PS II)

Fotosíntesis: Reacciones de luz-Flujo no cíclico

Light

Fd

Cytochrome

complex

ADP

+

i H+

ATP P

ATP synthase

To Calvin Cycle

STROMA (low H+ concentration)

Thylakoid membrane

THYLAKOID SPACE (high H+ concentration)

STROMA (low H+ concentration)

Photosystem II Photosystem I

4 H+

4 H+

Pq

Pc

Light NADP+

reductase NADP+ + H+

NADPH

+2 H+

H2O O2

e– e–

1/2 1

2

3

3H+ (lumen) + ADP + Pi 3H+

(estroma) + ATP

Fotosíntesis: Reacciones de luz-Flujo no cíclico

Fotosíntesis: Quimiosmosis

Fig. 10-16

Key

Mitochondrion Chloroplast

CHLOROPLAST

STRUCTURE

MITOCHONDRION

STRUCTURE

Intermembrane

space

Inner

membrane

Electron transport

chain

H+ Diffusion

Matrix

Higher [H+]

Lower [H+]

Stroma

ATP

synthase

ADP + P i

H+ ATP

Thylakoid

space

Thylakoid

membrane

Fotosíntesis: Quimiosmosis-Cloroplastos

Fotosíntesis: Quimiosmosis- Motocondria

12 NADPH + 18 ATP + 6CO2

Ciclo de Calvin

C6H12O6 +12 NADP+ +18 ADP +18 Pi + 6H2O

Fotosíntesis: Ciclo de Calvin- Fijación de Carbono

Fotosíntesis: Ciclo de Calvin- Fijación de Carbono

Ribulose bisphosphate (RuBP)

3-Phosphoglycerate

Short-lived intermediate

Phase 1: Carbon fixation

(Entering one at a time)

Rubisco

Input

CO2

P

3 6

3

3

P

P P P

ATP 6

6 ADP

P P 6

1,3-Bisphosphoglycerate

6

P

P 6

6

6 NADP+

NADPH

i

Phase 2: Reduction

Glyceraldehyde-3-phosphate (G3P)

1 P Output G3P

(a sugar)

Glucose and other organic compounds

Calvin Cycle

3

3 ADP

ATP

5 P

Phase 3: Regeneration of the CO2 acceptor (RuBP)

G3P

Fotosíntesis: Ciclo de Calvin- Fijación de Carbono

Regeneration of

CO2 acceptor

1 G3P (3C)

Reduction

Carbon fixation

3 CO2

Calvin Cycle

6 3C

5 3C

3 5C

Fotosíntesis: Respiración Celular