6CO2+6 H2 O→C6 H12O6+6O2 1

Guía de estudio – Fotosíntesis
Profesor G. Arriagada B.
Primero medio. Unidad 2. Organismo ambiente y sus interacciones:
Flujos de materia y energía en el ecosistema.
Nombre:
Curso:
Objetivos
Reconocer a la fotosíntesis como mecanismo de formación
de materia y energía en organismos autótrofos.
Describir la función del cloroplasto en la fotosíntesis
incluyendo el papel de la clorofila.
Fecha:
Contenidos
Aspectos generales de la fotosíntesis. Estructuras
celulares que participan en la fotosíntesis. Función
de los pigmentos fotosintéticos y la estructura de un
fotosistema.
Introducción
Los organismos autótrofos cosechan energía directamente del ambiente, y obtienen
carbono a partir de moléculas inorgánicas. Las plantas y la mayoría de los autótrofos
sintetizan sus nutrientes gracias a un proceso bioquímico complejo con el cual usan la
energía de la luz solar para ensamblar carbohidratos a partir de dióxido de carbono y
agua. Pero esto no se detiene aquí ya que, directa o indirectamente, la fotosíntesis
también alimenta a otras formas de vida en la Tierra. De hecho, para vivir los
organismos heterótrofos obtienen tanto la energía como el carbono al descomponer
moléculas orgánicas armadas previamente por los autótrofos. En esta guía veremos
cómo funciona la fotosíntesis, la fuente principal de energía para los heterótrofos y del
oxígeno de nuestra atmósfera.
6 CO2 +6 H 2 O→C6 H 12 O6 +6 O2
A pesar que usualmente se describe a la fotosíntesis con una sola ecuación química, no se trata de una sola reacción
química, sino de una serie de reacciones que ocurren colectiva y simultáneamente y que se pueden dividir en dos
grandes grupos, etapas o fases:
a) Una fase dependiente de la luz o fase clara en que ocurre la química que captura la energía lumínica
b) Una fase independiente de la luz o fase obscura en que se usa la energía capturada para fijar átomos de
carbono en moléculas más complejas. Por lo anterior, la fase obscura puede suceder tanto de día como de
noche.
Propiedades de la luz importantes para la fotosíntesis
La mayor parte de la energía que llega a la superficie de la Tierra está en el forma de luz visible, que solamente es
una parte muy pequeña del
amplio espectro de la energía
radiante del Sol. Al igual que
todas las demás formas de
energía electromagnética, la
luz
viaja
en
ondas,
organizada en paquetes de
energía llamados fotones.
La energía de un fotón y su
longitud
de
onda
se
relacionan: todos los fotones
que viajan en la misma
longitud de onda tienen la
misma cantidad de energía.
Los fotones que transportan
la menor cantidad de
energía tienen longitudes de
onda largas; mientras los que llevan la mayoría de la energía son de longitudes de onda más cortas.
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Los fotones de longitudes de onda más cortas que aproximadamente 380 nanómetros llevan suficiente energía para
alterar o romper los enlaces químicos de ADN y otras moléculas biológicas. Por eso UV (ultravioleta), rayos X y los
rayos gamma son una amenaza para la vida.
Pigmentos fotosintéticos
El flujo de energía que viene del Sol, pasa a través de casi todos
los ecosistemas de la Tierra comienza cuando los organismos
fotosintetizadores interceptan la energía de la luz. Lo hacen en
un proceso divisible al menos en dos grandes etapas, que
permite incorporar la energía lumínica al interior del organismo
transformándola en energía química. Quedará almacenada en
una molécula de ATP, hasta que sea necesaria para formar otras
moléculas orgánicas más estables.
Si es que hay fotosíntesis es debido a los llamados pigmentos
fotosintéticos: se trata de compuestos químicos formados por la
unión de moléculas de lípidos y proteínas, que se encuentran en
algunas membranas biológicas y que son capaces de absorber la
energía de la luz.
Un pigmento es una molécula orgánica que absorbe selectivamente luz de longitudes de onda específicas. Las
longitudes de onda de luz que no son absorbidos se reflejan, y esta luz reflejada le da a cada pigmento su color
característico. Entonces, un pigmento que absorbe violeta, azul y verde claro refleja el resto de la luz de espectro
visible de color amarillo, naranja, y la luz roja. Para nosotros, aparecerá de color anaranjado.
Las plantas contienen una gran variedad de pigmentos que dan lugar a sus colores. Sin embargo, se denomina
pigmentos fotosintéticos solamente a los que tienen la capacidad de absorber la energía de la luz solar y hacerla
disponible para el aparato fotosintético. En las plantas terrestres hay dos clases de pigmentos fotosintéticos: las
clorofilas y los carotenoides.
La clorofila a es el pigmento fotosintético más común en las plantas, en los protistas y las bacterias fotosintéticas.
Los otros cerca de 600 pigmentos fotosintéticos son llamados pigmentos accesorios e incluyen otras clorofilas.
¿Para qué sirven los pigmentos accesorios? Son típicamente moléculas polivalentes: sus propiedades antioxidantes
protegen a las plantas y otros organismos de los efectos perjudiciales de la luz UV; sus colores atraen a los animales
a la fruta madura o a los polinizadores de las flores. La mayoría de los organismos fotosintéticos utilizan una
combinación de pigmentos con lo que son capaces de fotosintetizar con distintas intensidades de luz, lo que es una
característica evolutiva que les ha dado flexibilidad para adecuarse eficientemente a distintas condiciones en el
planeta.
Fotosistemas
Son dos complejos proteicos asociados a los pigmentos fotosintéticos el fotosistema 1 (PS I) y el fotosistema 2. En
cada uno de ellos se distinguen dos componentes: una antena colectora de luz y el centro de reacción. La antena
está constituida por pigmentos fotosintéticos que sólo pueden captar de la energía luminosa y transmitirla al centro
de reacción, donde se encuentran los pigmentos capaces de transferir electrones y comenzar la cadena de reacciones
químicas de la fotosíntesis.
Fotosistema 1 (PS I)
Fotosistema 2 (PS II)
Rango de absorción de luz Mayor o igual a 700 nm Mayor o igual a 680 nm
Pigmentos fotosintéticos de la
antena de luz
Pigmentos fotosintéticos del
centro de reacción
Clorofila a, clorofila b.
Clorofila a, clorofila b,
xantófilas.
Clorofila P700
Clorofila P680
En el centro de cada fotosistema existe un par especial de moléculas de clorofila a, son los aceptores primarios de
electrones.
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Los cloroplastos
Los cloroplastos están formados por varios compartimentos delimitados por
membranas. El más externo es su membrana citoplasmática doble, por lo que
existe un espacio intermembranoso. En el interior del organelo se encuentran
los tilacoides que son sacos aplanados delimitados por una membrana y
amontonados formando estructuras a modo de pilas de monedas denominadas
grana. Los distintos grana están conectados entre sí mediante membranas. En
las membranas de los tilacoides se sitúan las proteínas y moléculas
responsables de una realizar la captura de la energía lumínica.
Además, se llama estroma al espacio interno del cloroplasto no ocupado por los
tilacoides. Allí está el ADN propio del cloroplasto y es dónde ocurre la fijación
de carbono, la fase no dependiente de la luz.
Fase clara o dependiente de la luz
Membranas
externas
Estroma
Cuando una molécula de la clorofila P680 del PSII absorbe un fotón, la energía
de esta luz excita a un electrón del pigmento elevándole su nivel de energía
por un corto tiempo. Rápidamente, el electrón emite como luz la energía extra
y cae de nuevo a su estado no excitado. Esta energía va excitándo a sucesivos
Estructura
electrones de la antena de luz, hasta que la energía llegue al par de moléculas
de tilacoides
de clorofila del aceptor primario de electrones, entonces cada una de ellas
pierde un electrón (excitado por la luz) los que son enviados hacia una
secuencia de proteínas contenidas en la membrana del tilacoide, llamada cadena transportadora de electrones.
La energía liberada en la cadena transportadora de electrones permitirá formar ATP (adenosín trifosfato) a partir de
ADP (adenosín difosfato). A esta ganancia de fósforo gracias a la energía de la luz se la llama fotofosforilación del
ADP.
Como la clorofila del PSII perdió dos electrones, estos son remplazados por electrones provenientes de la fotólisis
de agua, que ocurre en la membrana del tilacoide. Esto es la rotura de la molécula de agua, que genera O, 2
protones (H+) y los 2 electrones que irán al PSII. Los H + se acumularán al interior del tilacoide y el oxígeno
finalmente será liberado como O2.
Simultáneamente a lo anterior, la luz también llega a los pigmentos de la antena del PSI y es transferida hasta la
clorofila P700 del centro de reacción, que al excitar a los dos electrones de la clorofila central, los hará llegar al
aceptor primario de una segunda cadena transportadora de electrones. Finalmente, los electrones se transferirán a la
molécula de NADP+, que junto con los H+, formará NADPH.
La energía de la luz capturada por ambos fotosistemas queda contenida en las moléculas de
ATP formadas por fotofosforilación y por la reducción del NADP + que se transformará en
NADPH.
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Fase oscura o no dependiente de la luz
Esta etapa ocupa el NADPH y ATP formados en la fase clara, para fijar carbono
convirtiéndolo en moleréculas útiles al organismo. Todas estas reacciones ocurren en
el estroma del cloroplasto y en su conjunto forman al llamado “Ciclo de Calvin”
Melvin Calvin
Se
distinguen
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etapas:
a) Fijación del CO2
El CO2 atmosférico difunde hasta el estroma del
cloroplasto, donde la enzima llamada RUBISCO,
lo une a una molécula de 5 carbonos, la RuDP
(ribulosa difosfato). Así se forma un compuesto
inestable de 6 átomos de C, que se romperá en dos
moléculas de PGA (fosfoglicerato). Cada molécula de PGA tendrá 3 átomos de C.
b) Reducción del CO2 fijado
Consumiendo el ATP y el NADPH, el PGA es reducido (gana electrones) hasta gliceraldehido fosfato. Las
moléculas de gliceraldehido fosfato podrán seguir estos dos caminos:
• La mayoría se usará para regenerar RuDP.
• El resto se empleará para la biosíntesis de glúcidos, aminoácidos y ácidos orgánicos.
En el Ciclo de Calvin, por cada molécula de CO2 atmosférico que se fija se necesitan 2 de
NADPH y 3 de ATP.
Para formar una molécula de glucosa (C6H12O6) se requerirán 6 de CO2 y 12 de H2O en la
fase clara. 12 NADPH y 18 ATP desde la fase no dependiente de la luz.
Bibliografía
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Bravo A. Mauricio y otros. 2007. Manual esencial Santillana. Biología II. Santillana del Pacífico S.A.
Santiago.
•
Starr Cecie, Evers Christine y Starr Lisa, Biology. 2011. Concepts and applications without physiology.
Octava edición. Brooks-Cole, Belmont CA, USA.
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