ESTRUCTURAS Y ETAPAS DE LA FOTOSINTESIS

1. 1. Naturaleza de la luz
2. Pigmentos fotosintéticos
3. Fotosíntesis
4. Respiración celular y fotosíntesis
5. Factores que afectan la fotosíntesis

2. 1. Naturaleza de la luz
1.1 Concepto
Foto proviene del griego y significa “luz”, síntesis, por su parte, significa
“composición”.
Es la transformación de la materia inorgánica a orgánica gracias a la
participación de la energía que proviene de la luz, la cual se transforma en
energía química (ATP), que luego se usará para formar compuestos orgánicos
estables.
Ecuación general

3. 1. Naturaleza de la luz
1.2 Radiación electromagnética
La luz se comporta como una
onda y como una partícula.
En el siglo XIX, con James C.
Maxwell (1831-1879), se empieza
a descifrar la verdadera identidad
de la luz, como parte muy
pequeña de un espectro continuo
de radiación: el espectro de
radiación electromagnética.

4. 1. Naturaleza de la luz
1.2 Radiación electromagnética
Si la luz blanca se hace pasar
por un prisma, se
descompone en todo el
espectro de luz visible, que
va de 400 (luz violeta) a 700
nanómetros (luz roja). La luz
que es aprovechada por la
fotosíntesis es una parte de
este espectro de luz visible.

5. 2. Pigmentos fotosintéticos
2.1 Pigmentos
Los pigmentos son
moléculas que absorben
luz de una cierta longitud
de onda, reflejando las
longitudes de onda que no
absorben.
El principal pigmento de la
fotosíntesis es la clorofila.

6. 2. Pigmentos fotosintéticos
2.1 Pigmentos
Los pigmentos de plantas y algas absorben luz a distintas longitudes. Algunos de
los pigmentos fotosintéticos son:
Ficocianinas: pigmento en algas
azul-verdosas.
Ficoeritrinas: pigmento rojo en
cianobacterias y algas rojas (en
hongos también junto con
ficocianinas).
Caroteno y xantófilas: grupo de
pigmentos de color amarillo,
anaranjado y rojo, y café en
vegetales.
Espectro de absorción de
pigmentos fotosintéticos

7. 2. Pigmentos fotosintéticos
2.1 Pigmentos
Los máximos de absorción de la clorofila se encuentran en la longitud de onda de
400 a 450 nm (color azul) y de 650 a 700 nm (color rojo). Las longitudes de
onda que refleja le otorgan el color verde.

8. COMPLEJO ANTENA
Conjunto de
moléculas de
clorofila
asociadas que
absorben y
transportan la
energía lumínica
hasta el centro de
reacción.

9. 2. Pigmentos fotosintéticos
2.2 Cloroplastos
Los cloroplastos son organelos abundantes (50 a 60 por célula) donde se
produce la fotosíntesis, distinguiéndose las membranas tilacoidales, en las que se
encuentran los fotosistemas I y II.
Grana
Grana

10. 3.1 Fases de la fotosíntesis
El proceso consta de dos partes:
• Fase dependiente de luz o luminosa, que ocurre en los tilacoides
• Fase independiente de luz u oscura, que ocurre en el estroma

11. ETAPAS DE LA FOTOSINTESIS
1. Fase luminosa (Fotodependiente) :
en tilacoides. La clorofila y otras
moléculas capturan energía solar y
convierten una parte de ella en
energía química almacenada en
moléculas portadoras de energía
(ATP y NADPH) y libera oxígeno
2. Fase oscura (Ciclo de Calvin-
Benson) : en el estroma. En ella se
utilizan la energía química de las
moléculas portadoras para la síntesis
de glucosa. Independiente de la luz
AZUCAR
Reacciones
independientes
de la luz
Reacciones
dependientes
de la luz

12. Reacciones dependientes de la luz
Ocurren en las membranas de los tilacoides, que contienen sistemas
altamente organizados de proteínas, clorofila, pigmentos accesorios y
moléculas portadoras de electrones.
Dos tipos de fotosistemas: Fotosisterma I (FSI) y
Fotosistema II (FSII)
Cada fotosistema consta de dos partes:
1.- Complejo recolector de luz
2.- Sistema de trasporte de electrones
El fotosistema I capta la luz, cuya longitud de onda sea menor o igual
a 700nm (nanómetros). Actúan moléculas de clorofila a que absorben a
700 nm y se llaman P700.
El fotosistema II reacciona con moléculas de clorofila b que absorben
en un máximo de 680nm y son llamados P680.

13. 3. Fotosíntesis
3.2 Fase dependiente de la luz
Fotólisis
del agua
Centro de
reacción
Clorofila
Luz
Aceptor
Primario
de
Electrón
Generación
de energía
Centro de
reacción
Clorofila
Aceptor
primario
de
Electrón
Producción de
NADPH
Luz
NADP+
1
2
3
Fotosistema
II
Fotosistema
I
H+

14. Reacciones de luz
(Foto-Fosforilación)
• Producen ATP, NADPH y Oxígeno
• Hay dos tipos de fotofosforilación:
→ FLUJO NO CÍCLICO DE LOS ELECTRONES
• trabajan fotosistemas I (P700) y II (P680)
→ FLUJO CÍCLICO DE LOS ELECTRONES
• trabaja solamente el fotosistema I (P700)

15. FLUJO DE ELECTRONES EN LAS REACCIONES DE LA LUZ

16. 16
Fotólisis - Se rompe la molécula de agua, se libera oxígeno
y se donan dos e- del agua a la clorofila para reemplazar
los perdidos previamente (neutralizar)

17. Flujo de electrones no cíclico:
La luz excita e- de la clorofila en el P680 (FS-II) y éstos son
aceptados por un aceptador de e-

18. Los e- de la clorofila pasan por una cadena de aceptadores
en la membrana de los tilacoides. El flujo de e- ayuda a
la formación de ATP
Interior del tilacoide
2e-

19. 19
Mientras esto sucede, la luz excita e- en el FS-I (P700).
Estos e- van a otro aceptador en la cadena de transporte.
Los e- del FS-II neutralizan al FS-I
Aceptores de e-
Pq: plastoquinona
Pc: plastocianina
Fd: ferrodoxina

20. Biología General Prof.
M.Medina
20
Los e- del FS-I son aceptados por NADP+, último
aceptador de la cadena, formándose NADPH.

21. Secuencia Fotosistema II
✓La luz es captada por moléculas antenas (clorofila y otros pigmentos)
✓La luz es llevada hasta la molécula de clorofila (P680) que es la molécula
que se oxida al liberar un electrón (centro de reacción).
✓El electrón es recogido por una sustancia aceptora de electrones que se
reduce y desde ésta va pasando a lo largo de una cadena transportadora
de electrones hasta los cederlos a moléculas de clorofila del FSI .
✓En el descenso por esta cadena, con oxidación y reducción en cada paso ,
el electrón va liberando la energía que tenía en exceso; energía que se
utiliza para bombear protones de hidrógeno desde el estroma hasta el
interior de los tilacoides (TRANSPORTE ACTIVO), generando un gradiente
electroquímico de protones.
✓Estos protones vuelven al estroma a través de la ATP-asa, Una enzima-
canal (ATP-sintetaza) fosfórila moléculas de ADP convirtiéndolas en ATP

22. Síntesis quimiosmótica del
ATP
▪ Electrones fluyen a
través de proteínas
▪ Se crea un gradiente
de protones
▪ Una enzima-canal
(ATP-sintetaza)
fosfórila moléculas de
ADP convirtiéndolas
en ATP
estroma
Interior del
tilacoide

23. RESUMEN:
Flujo de electrones no cíclico
• Se excitan e- de ambos fotosistemas
• Ocurre fotólisis del agua
• Se produce oxígeno
• Se produce ATP (síntesis quimiosmótica)
• Se forma NADPH

24. Foto-fosforilación cíclica
• Trabaja sólo el
FS-I
• Los e- pasan por
una cadena de
transporte y se
produce ATP
• No se forma O2,
ni NADPH
Objetivo: Compensar el déficit de ATP obtenido en la fase
acíclica para afrontar la fase oscura posterior

25. 25
Ya tenemos energía acumulada en
forma de ATP y NADPH
• Mientras la luz llega a los
fotosistemas, se mantiene un
flujo de electrones desde el
agua al fotosistema II, de éste
al fotosistema I, hasta llegar el
NADP+ que los recoge; ésta
pequeña corriente eléctrica es
la que mantiene el ciclo de la
vida.

26. ¿Y CUÁNDO SE FORMA LA GLUCOSA?
• La glucosa se obtiene en reacciones independientes de la luz.
• En el estroma de los cloroplastos el ATP y el NADPH proporciona la
energía que impulsa la síntesis de glucosa a partir de CO2 y H2O

27. Fase independiente de la energía
lumínica.
Características generales:
• El NADPH y el ATP producidos en la fase anterior se
utilizan en la fase independiente de la energía lumínica o
fase de fijación del carbono.
• Estas reacciones ocurren en el estroma del cloroplasto.
• Las reacciones dan lugar al llamado ciclo de Calvin, que
ocurre para sintetizar moléculas orgánicas
• En el ciclo de Calvin, por cada CO2 que se incorpora se
necesitan 2 NADPH y 3 ATP

28. Ciclo de Calvin o Fijación de carbono
Construye glucosa utilizando energía del ATP y NADPH.
Obtiene el C del bióxido (CO2) del aire

29. 3. Fotosíntesis
3.3 Fase independiente de la luz 1. Carboxilativa: se fija el
CO2 a una molécula de
5C.
2. Reductiva: PGA se
reduce a PGAL
utilizándose ATP y
NADPH. (síntesis de 3-
fosfogliraldheído G3P o
PGAL). Esta reacción es
catalizada por la
enzima
RuBPcarboxilasa/oxige
nasa o RUBISCO.
3. Regenerativa/Sintética
: de cada seis moléculas
PGAL formadas 5 se
utilizan para regenerar
la Ribulosa 1,5BP y una
será empleada para
poder sintetizar
moléculas de glucosa
(vía de las hexosas),
ácidos grasos,
aminoácidos,…

30. Resumen de los reactivos y productos del ciclo de Calvin
Se necesitan tres vueltas del ciclo de Calvin para crear una molécula de
G3P que pueda salir del ciclo para formar glucosa.
Se gastan 9 ATP y 6 NADPH para formar una molécula de 3 carbonos
Para que un G3P salga del ciclo (y se dirija a la síntesis de glucosa), tres
moléculas de CO2 deben entrar en el ciclo, lo que resulta en tres nuevos
átomos de carbono fijo. Cuando tres moléculas de CO2 entran en el ciclo,
se producen seis moléculas de G3P. Una sale del ciclo y se utiliza para
formar glucosa, mientras que las otras cinco deben reciclarse para
regenerar tres moléculas del aceptor RuBP.
Una molécula de G3P contiene tres átomos de carbono fijo, por lo que
toma dos G3P para formar una molécula de glucosa de seis carbonos. Se
necesitarían seis vueltas del ciclo.
Para formar glucosa se gastan 18 ATP y 12 NADPH

31. Resumen: Fotosíntesis

32. 3. Fotosíntesis
3.4 Resumen de la fotosíntesis
Fase dependiente de luz Fase independiente de luz
Lugar donde
se realiza
En la membrana de los
tilacoides.
En el estroma de los
cloroplastos.
Elementos
requeridos
(reactantes)
Agua, luz solar, pigmentos y
coenzima NADP.
ATP, NADPH y CO2
Productos
ATP, O2 y NADPH. Glucosa y otras moléculas
orgánicas como lípidos y
proteínas.
Resumen del
proceso
Durante esta fase se produce
la fotólisis del agua,
fotofosforilación para la
formación de ATP,
fotooxidación de los
fotopigmentos y fotorreducción
del NADP+.
Durante esta fase se forma
glucosa gracias a la fijación de
CO2, y a la utilización de ATP y
NADPH.

33. 4. Respiración celular y Fotosíntesis
4.1 Relación entre los procesos
En el proceso de fotosíntesis,
las plantas obtienen moléculas
orgánicas, especialmente
glucosa, a partir de CO2 y H2O;
en el proceso se libera O2.
La glucosa y el O2 son
utilizados por la célula en la
respiración celular para
obtener energía en forma de
ATP, que será utilizado en
funciones celulares,
liberándose CO2 y H2O como
desechos.

34. 5. Factores que afectan a la fotosíntesis
5.1 Factores internos
Son aquellos propios de
las plantas y que hacen
variar la tasa fotosintética:
• Presencia de estomas
• Pigmentos
• Contenido de agua
Estoma
H2O
CO2

35. 5. Factores que afectan a la fotosíntesis
5.2 Factores externos
Temperatura: en términos generales, la
temperatura entre 10 y 35 ºC es la
óptima para la mayoría de las plantas.
La tasa fotosintética cae notablemente
frente a temperaturas cercanas a los 60
ºC.

36. 5. Factores que afectan a la fotosíntesis
5.2 Factores externos
Intensidad de la luz: las plantas que reciben menos luz realizan menos
fotosíntesis que las que están expuestas a más luz. Sin embargo, la relación no
es directamente proporcional, ya que si la planta se somete a intensidades
lumínicas muy altas, la tasa fotosintética puede decaer porque la alta intensidad
de energía solar puede dañar su fotosistema.

37. 5. Factores que afectan a la fotosíntesis
5.2 Factores externos
Años
El incremento de la concentración de
CO2 está asociado a un aumento de
la temperatura.
Rango de
saturación
para la
mayoría
de las
plantas.
Concentración de CO2 (ppm)
Tasa
fotosintética
Nivel de
CO2
ambiente
Concentración de CO2: el CO2 es la molécula utilizada por las plantas para
producir diversas moléculas orgánicas. Su ausencia disminuye la productividad; al
estar en exceso, en cambio, provoca que el proceso de fotosíntesis se sature, ya
que depende de la acción de enzimas.

38. Pregunta oficial PSU
ALTERNATIVA
CORRECTA
E
Reconocimiento
Fuente : DEMRE - U. DE CHILE, Modelo Proceso de Admisión PSU 2018.
El oxígeno que se libera en la fotosíntesis proviene
A) del dióxido de carbono.
B) de la transpiración.
C) de la respiración.
D) de la clorofila.
E) del agua.

39. Vegetales y
cianobacterias
aprovechan…
a través de…
implica…
Aprovechamiento de la
energía solar, que queda
retenida como energía química
en un compuesto orgánico.
ocurre en fases…
Energía luminosa Sin participación
de la luz
utiliza…
produce…
produce…
utiliza…
La energía solar
La fotosíntesis
Fase clara Fase oscura
Agua, NADP+ y ADP
O2, NADPH y ATP
CO2, NADPH y ATP
Glucosa, NADP+ y ADP
Síntesis de la clase