BIOLOGÍA
Fotosíntesis y ciclos Biogeológicos
Los productores y la fotosíntesis

Fotosíntesis: la energía luminosa la transforma en energía química y
queda almacenada e...
Estructura de las hojas

       Epidermis: células sin cloroplastos, recubre
       a la hoja, se encuentran los estomas p...
Cloroplasto
Cloroplastos.




Formada por dos membranas que delimitan un espacio llamado estroma.
La membrana interna forma los tilaco...
Pigmentos que participan en la
         fotosíntesis
     Pigmento, es toda sustancia que absorbe luz.
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Espectro de absorción
Clorofila


  Molécula grande formada por un átomo
  central de Mg y un anillo porfirídico de
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Clorofila
Pigmentos accesorios
  Clorofila b: contiene un grupo CHO en vez
  de CH3 de la clorofila a, cuando es estimulada
  por la...
Fotosíntesis




Cuando la molécula del pigmento absorbe un fotón ( unidad de luz)
la molécula de clorofila eleva un elect...
Reacciones dependientes de la luz, que
            captan energía
Ocurre en los tilacoides.

Serie de reacciones de redox,...
Fotosistemas

Las unidades donde se produce la fotosíntesis,
son los fotosistemas, formados por clorofilas
y otras molécul...
Tipos de fotosistemas

Hay dos tipos: fotosistema I y fotosistemaII.
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Sucesos importantes de la etapa de la
                lumínica
1.- Excitación fotoquímica de la clorofila: absorción de en...
Procesos de la fase lumínica
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 La energía luminosa es transformada en energía eléctrica y luego en energía química que es
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Reacciones independientes de la luz,
               que fijan carbonos




Ocurre en los estromas
El CO2 se obtiene del ai...
Ciclo de Calvin (vía de 3 carbonos)

El compuesto inicial y final es la Ribulosa difosfato (RuDP)
Ciclo de Calvin (vía de 3 carbonos)
Ciclo de Calvin (vía de 3 carbonos)
                   RuDP: Ribulosa di fosfato
                   R DP Rib l        f f
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Ciclo de Calvin (vía de 3 carbonos)

En resumen, los insumos necesarios para las reacciones
Fotoindependientes son:
 6 mol...
Vía de 4 carbonos(plantas C4 y
              plantas CAM).
En plantas como maíz, trigo, caña de azúcar, de habitad caluros...
Factores que afectan la eficiencia del
               proceso fotosintético
  La eficiencia se puede medir:
    Unidades d...
Importancia biológica de la fotosíntesis

 Síntesis de materia orgánica:
Materia inorgánica           Materia orgánica    ...
Importancia biológica de la fotosíntesis




La diversidad de la vida existente en la tierra
  depende principalmente de l...
Ciclos biogeoquímicos


       El flujo energético en los ecosistemas es
       unidireccional, desde el sol a los
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Ciclos biogeoquímico
Ciclo del agua
      El agua se evapora constantemente
      desde los mares, lagos y ríos.
      El vapor de agua se cond...
Ciclo del carbono
Ciclo del carbono
Se basa en el CO2, que constituye el 0.03% en la troposfera.

Los
L productores y consumidores efectúan ...
Ciclo del nitrógeno
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Ciclo del fosforo
Ciclo del fosforo

El fosforo proviene da las rocas fosfatadas, quienes al ser erosionadas
por efecto de agua, vientos, se...
Ciclo del azufre
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  1. 1. BIOLOGÍA Fotosíntesis y ciclos Biogeológicos
  2. 2. Los productores y la fotosíntesis Fotosíntesis: la energía luminosa la transforma en energía química y queda almacenada en los enlaces de carbohidratos a partir de CO2 y H2O, con liberación de O2, en una serie de reacciones químicas La fotosíntesis se realiza en los cloroplastos . Los órganos Fotosintetizadores son las hojas y los tallos verdes
  3. 3. Estructura de las hojas Epidermis: células sin cloroplastos, recubre a la hoja, se encuentran los estomas para el intercambio gaseoso. Mesófilo: formado por: •Parénquima en empalizada donde se empalizada, concentra la clorofila. •Parénquima esponjoso, donde se produce q p j , p la difusión del CO2 y O2. •Tejido conductor: formado por xilema y floema. Corresponde a la nervadura de la fl C d l d d l hoja •Cloroplastos: donde se realiza la fotosíntesis
  4. 4. Cloroplasto
  5. 5. Cloroplastos. Formada por dos membranas que delimitan un espacio llamado estroma. La membrana interna forma los tilacoides (sacos aplanados y circulares) que se disponen unas sobre otras formando la grana. En los tilacoides hay pigmentos de clorofila y carotenoides. En l t E el estroma hay: ADN ARN y ribosomas h ADN, ib
  6. 6. Pigmentos que participan en la fotosíntesis Pigmento, es toda sustancia que absorbe luz. Los pigmentos negros, absorben todas las longitudes de ondas. ondas Otros pigmentos absorben algunas longitudes y las otras las reflejan. j El color que observamos es el que se refleja, porque las otras son absorbidas. La clorofila absorbe longitudes de ondas violeta, l fil b b l i d d d i l azul y rojo y refleja luz de color verde(espectro de absorción). absorción) La actividad fotosintética es mayor en las longitudes de ondas que corresponde a la luz violeta, azul y q p , roja que corresponde al espectro de absorción de la clorofila
  7. 7. Espectro de absorción
  8. 8. Clorofila Molécula grande formada por un átomo central de Mg y un anillo porfirídico de g p nitrógeno, de donde parte una cadena hidrófoba de carbono e hidrogeno. Las clorofilas más conocidas son la a y b La Clorofila a inicia el proceso de Fotosíntesis. Fotosíntesis
  9. 9. Clorofila
  10. 10. Pigmentos accesorios Clorofila b: contiene un grupo CHO en vez de CH3 de la clorofila a, cuando es estimulada por la luz transfiere esa energía a la clorofila a para que se transforma en energía química. Carotenoides: color rojo, anaranjado o amarillo, Existen: •Flucoxantina: absorben luz que emplean las algas pardas •Ficobilina: absorben luz que emplean las algas rojas y verdes azuladas. j esta E. luminosa pasa a la clorofila a. Objetivos de los pigmentos accesorios: Permite vivir en una gran variedad de ambientes.
  11. 11. Fotosíntesis Cuando la molécula del pigmento absorbe un fotón ( unidad de luz) la molécula de clorofila eleva un electrón hacia un nivel energético g mayor, ( más lejos del núcleo) se dice que la molécula esta excitada. Etapas de la fotosíntesis Dependiente de la luz o reacción de Hill Independientes de la luz o ciclo de Calvin Benson
  12. 12. Reacciones dependientes de la luz, que captan energía Ocurre en los tilacoides. Serie de reacciones de redox, donde la energía luminosa es atrapada por la clorofila y convertida en energía química, bajo las formas de ATP y se obtiene una fuente reductora de alta energía “la coenzima NADP”, y se desprende O2.
  13. 13. Fotosistemas Las unidades donde se produce la fotosíntesis, son los fotosistemas, formados por clorofilas y otras moléculas, que forman el centro de reacción. Los fotosistemas están dentro de los tilacoides y contienen más o menos 400 pigmentos que son como antenas para atrapar la luz. p p La energía es absorbida por las antenas, y es captada por una clorofila a del centro de reacción. ió Según la clorofila que forma el centro de reacción tenemos dos fotosistemas: I y II
  14. 14. Tipos de fotosistemas Hay dos tipos: fotosistema I y fotosistemaII. Fotosistema I: la molécula reactiva de la clorofila, se conoce como P.700 ya que la luz que mejor absorbe tiene una longitud de onda de 700 nanomicrón. Fotosistema II P 680 absorbe esa F t it II: P.680, b b longitud de onda. Los dos fotosistemas se complementan en la fotosíntesis, y pueden haber millones insertos en la membrana del tilacoides
  15. 15. Sucesos importantes de la etapa de la lumínica 1.- Excitación fotoquímica de la clorofila: absorción de energía por clorofila excitación de un electrón estos electrones se transfieren a moléculas aceptoras NADP 2.- Fotooxidación del agua: produce O2, ē y protones. 3.- 3 Fotorreducción del NADP: el NADP acepta ē de l clorofila y ió A l A d la l fil protones del agua, por lo que se reduce a NADPH. 4.- 4 Fotofosforilación del ADP: participa en las reacciones de transporte ē altamente exergónico para dar ATP.
  16. 16. Procesos de la fase lumínica
  17. 17. Procesos de la fase lumínica La energía luminosa es transformada en energía eléctrica y luego en energía química que es almacenada en los enlaces de NADPH y ATP. La luz incide en los pigmentos del fotosistema I, y la energía es transferida al centro de reacción, esta energía empuja un ē a un nivel más alto hasta sacarlo de la clorofila y lo pasa a la Cadena transportadora de ē hasta el NADP. El P700 como pierde un ē, no puede reaccionar y lo recupera del fotosistema II (P680) En el fotosistema II la energía es transferida al centro de reacción, ésta energía saca un ē de la clorofila y lo transfiere a la cadena transportadora de ē hasta el fotosistema I reponiendo el que faltaba. Durante el proceso hay transferencia de energía al ADP, para llevarlo hasta ATP El ē que falta del fotosistema II es repuesto por la hidrólisis del agua. Si por alguna razón no hay NADP, el fotosistema I puede empezar a funcionar independientemen del fotosistema II l energía lumínica del P 700 impulsa el ē h i la F d lf t i t II, la í l í i d l i l l hacia l Ferredoxina, que es el d i l aceptor y es capas de generar ATP, antes que los ē del pigmento lleguen al fotosistema I, en este proceso no se produce hidrólisis de agua, no se desprende O2 y no se forma NADPH. Estos mecanismos los podemos clasificar en: fosforilación no ciclica: el ē va por una vía desde el H2O hasta el NADPH fosforilación ciclica: no se produce O2, NADPH y no hay hidrolisis
  18. 18. Reacciones independientes de la luz, que fijan carbonos Ocurre en los estromas El CO2 se obtiene del aire por los estomas Objetivo: la energía se transfiere a un compuesto más estable: la glucosa, que puede ser transportada y almacenada. Para su síntesis se necesita: NADPH, ATP, CO2. La fijación del carbono se realiza mediante el CICLO DE CALVIN.
  19. 19. Ciclo de Calvin (vía de 3 carbonos) El compuesto inicial y final es la Ribulosa difosfato (RuDP)
  20. 20. Ciclo de Calvin (vía de 3 carbonos)
  21. 21. Ciclo de Calvin (vía de 3 carbonos) RuDP: Ribulosa di fosfato R DP Rib l f f PGA : Ácido fosfoglicérido PGAL : Gliceraldehido 1.- Las 6 moléculas de CO2 se integran a RuDP, ( 5 C ) lo que genera un intermediario inestable, que se disocia en 12 PGA. ( 3 C, c/u) i di i i bl di i GA C / ) 2.- Los 12 PGA son fosforilados por ATP y reducido por NADPH formando 12 moléculas de PGAL. PGAL 3.- 2 moléculas de PGAL, van hacia el citosol para transformarse en hexosas. 4.- Las 10 moléculas de PGAL restantes, se reorganizan en una serie de reacciones, formando 6 moléculas de RuDP ( 5 C ), que inicia el proceso nuevamente.
  22. 22. Ciclo de Calvin (vía de 3 carbonos) En resumen, los insumos necesarios para las reacciones Fotoindependientes son: 6 moléculas de CO2 fosfatos transferidos del ATP electrones (en forma de hidrógenos) del NADPH En el ciclo para fijar el CO2, intervienen una serie de enzimas, enzimas siendo la más importante la RUBISCO (ribulosa 1,5 difosfato carboxilasa). Citocromos: proteínas (enzimas) que contienen Fe y participan en un sistema de transporte de electrones.
  23. 23. Vía de 4 carbonos(plantas C4 y plantas CAM). En plantas como maíz, trigo, caña de azúcar, de habitad caluroso, seco y de gran intensidad luminosa, fijan el CO2 a un compuesto llamado fosfoenolpiruvato (PEP), formando un compuesto de 4 carbonos llamado ácido oxálico, que reacciona con el NADPH y se transforma en ácido málico, quien pierde 1 carbono y se forma málico un piruvato, el CO2 liberado se fija al RuDP y entra al ciclo de Calvin.
  24. 24. Factores que afectan la eficiencia del proceso fotosintético La eficiencia se puede medir: Unidades de glucosa sintetizadas por CO2 fijado Por id d d P unidades de O2 lib d por área de superficie foliar por minuto. liberado á d fi i f li i t Los factores pueden ser: p Estructurales: estructura de la hoja, contenido de clorofila, contenido de agua, actividad enzimática, acumulación de productos, escasez de iones metálicos. Ambientales: Temperatura: a mayor temperatura mayor será el proceso CO2 : mayor cantidad, mayor eficiencia Luz : una iluminación alta inhibe el proceso, ya qu p ,y q satura los complejos antenas. H2 O : menos del 1% del agua absorbida es utilizada
  25. 25. Importancia biológica de la fotosíntesis Síntesis de materia orgánica: Materia inorgánica Materia orgánica Cadenas tróficas Ser transformada en materia propia por los diferentes seres vivos Transformación de la energía luminosa en energía química: utilizada por los seres vivos ili d l i Libera oxigeno: utilizada en las respiración aeróbica como oxidante. oxidante Cambio producido en la atmosfera primitiva: q que era anaeróbica Depende también la energía almacenada en combustibles fósiles: como carbón, petróleo y gas natural. Produce un equilibrio necesario entre seres autótrofos y heterótrofo P d ilib i i ó f h ó f
  26. 26. Importancia biológica de la fotosíntesis La diversidad de la vida existente en la tierra depende principalmente de la fotosíntesis
  27. 27. Ciclos biogeoquímicos El flujo energético en los ecosistemas es unidireccional, desde el sol a los productores y de éstos a los consumidores y desintegradores, que la devuelven al ambiente abiótico en forma de E. calórica La t i L materia necesaria para la vida en los i l id l ecosistemas se transfiere en ciclos cerrados, cerrados que permiten a los organismos vivientes utilizarlos una y otra vez
  28. 28. Ciclos biogeoquímico
  29. 29. Ciclo del agua El agua se evapora constantemente desde los mares, lagos y ríos. El vapor de agua se condensa formando nubes y vuelve a la tierra convertida en lluvia y nieve. El agua de lluvia se filtra hacia las capas más profundas del suelo o bien, escurre superficialmente formando fi i l f d arroyos y ríos que llegan al mar. Los seres vivos participan en forma constante en este ciclo, las plantas absorben agua por las raíces para g p p formar sustancias orgánicas, el resto lo elimina mediante la transpiración
  30. 30. Ciclo del carbono
  31. 31. Ciclo del carbono Se basa en el CO2, que constituye el 0.03% en la troposfera. Los L productores y consumidores efectúan respiración aeróbica, d t id f tú aeróbica que descompone la glucosa en presencia de oxigeno, en otros compuestos convirtiendo el carbono nuevamente en CO2. Este enlace entre fotosíntesis y respiración aeróbico, hace circular el carbono a la ecosfera. Parte del carbono es retenido durante periodos largos como combustible fósil ( carbón – petróleo – gas natural) hasta que es liberado a la atmosfera como CO2 cuando son extraídos y quemados.
  32. 32. Ciclo del nitrógeno Las l t L plantas obtienen nitrógeno en forma de bti it ó f d nitratos, que absorben del suelo por sus raíces. Cuando las plantas son comidas por los herbívoros, éstos los utilizan para producir sus propias proteínas. Lo mismo ocurre p p p cuando los carnívoros devoran a los herbívoros o a otro carnívoros. Los animales excretan parte del nitrógeno en forma de amoníaco, urea y los desintegradores los transforman en amoníaco. Las nitritobacterias convierten el amoníaco en nitritos y nitratos que serán absorbidas por las plantas. Luego las bacterias desnitrificantes transforman los nitratos en nitrógeno, que se i incorpora en la atmosfera. l t f Otras bacterias llamadas fijadoras de nitrógeno transforman el nitrógeno atmosférico en compuestos nitrogenados como amoníaco y nitratos.
  33. 33. Ciclo del fosforo
  34. 34. Ciclo del fosforo El fosforo proviene da las rocas fosfatadas, quienes al ser erosionadas por efecto de agua, vientos, se incorporan al suelo y se disuelven en el agua superficial que llega finalmente a los ríos, lagos y mares. Los fosfatos disueltos en el agua son incorporados a las plantas y consumidores. consumidores El retorno del fosforo al ambiente abiótico, ocurre cuando los descomponedores liberan los fosfatos de los compuestos orgánicos p p g presentes en las excreciones y cadáveres de animales y plantas muertas. El esqueleto de los vertebrados y las conchas de los organismos orgánicos acuáticos, no son descompuestos por los desintegradores, á i ái d l d i d por lo tanto se acumulan en el suelo y en los sedimentos marinos. Los iones fosfatos pueden reintegrarse a su ciclo biogeoquímico mediante las algas del fitoplancton.
  35. 35. Ciclo del azufre La L quema de combustibles fósiles libera d b ibl fó il lib a la atmósfera grandes cantidades de SO2 y SO3, los cuales forman ácido sulfúrico en el aire y llega a la tierra o al mar disuelto en el agua de lluvia. g La contaminación atmosférica aumenta la concentración de ácido en el agua de lluvia, f ll i formando la llamada lluvia ácida. d l ll d ll i á id Las plantas absorben del agua el azufre. luego son incorporados a los animales a través de la cadena trófica. trófica La descomposición de las proteínas se produce en tejidos animales y plantas y se p p producen compuestos llamados sulfatos, que son p ,q descompuestos en ácido sulfhídrico que al ser liberados a la atmosfera se transforma en SO2, que vuelve a la atmosfera.

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