fotosíntesisntesis: ciclo de calvin- fijación de carbono ribulose bisphosphate (rubp)...
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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
