Metabolismo de carbohidratos I: EL PROCESO DE FOTOSÍNTESIS

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