Pgb14 fotosíntesis

FotosíntesisFotosíntesis
Lucio Daniel Cárdenas
Docente

Naturaleza de la LuzNaturaleza de la Luz
 La luz blanca se descompone en diferentes colores (color =La luz blanca se descompone en diferentes colores (color =
longitud de onda) cuando pasa por un prisma.longitud de onda) cuando pasa por un prisma.
 La longitud de onda es la distancia de pico a pico (o de valleLa longitud de onda es la distancia de pico a pico (o de valle
a valle).a valle).
 La energía es inversamente proporcional a la longitud deLa energía es inversamente proporcional a la longitud de
onda: longitudes de onda larga tienen menor energía que lasonda: longitudes de onda larga tienen menor energía que las
cortas.cortas.

 La luz visible es una pequeña parte del espectroLa luz visible es una pequeña parte del espectro
electromagnético.electromagnético.
 Cuanto más larga la longitud de onda de la luzCuanto más larga la longitud de onda de la luz
visible tanto más rojo el color. Asimismo lasvisible tanto más rojo el color. Asimismo las
longitudes de onda corta están en la zonalongitudes de onda corta están en la zona
violeta del espectro.violeta del espectro.
 Las longitudes de onda mas largas que las delLas longitudes de onda mas largas que las del
rojo se denominanrojo se denominan infrarrojasinfrarrojas, y aquellas mas, y aquellas mas
cortas que el violeta,cortas que el violeta, ultravioletasultravioletas..

 La luz tiene una naturaleza dual: se comportaLa luz tiene una naturaleza dual: se comporta
como onda y partícula.como onda y partícula.
 Propiedades de la onda luminosa:Propiedades de la onda luminosa:
 la refracción de la onda cuando pasa de un material ala refracción de la onda cuando pasa de un material a
otro.otro.
 El efecto fotoeléctrico demuestra el comportamientoEl efecto fotoeléctrico demuestra el comportamiento
de la luz como partícula.de la luz como partícula.
 La Luz tiene propiedades explicables tanto porLa Luz tiene propiedades explicables tanto por
el modelo ondulatorio como por el corpuscular.el modelo ondulatorio como por el corpuscular.

Pigmentos FotosintéticosPigmentos Fotosintéticos
Cualquier sustancia que absorbe luz y laCualquier sustancia que absorbe luz y la
transforma en energía química. El colortransforma en energía química. El color
de un pigmento es el resultado de lade un pigmento es el resultado de la
longitud de onda reflejada (no absorbida).longitud de onda reflejada (no absorbida).

• Los cloroplastos contienenLos cloroplastos contienen
principalmente clorofilas yprincipalmente clorofilas y
carotenoides y en menor cantidadcarotenoides y en menor cantidad
ficobilinas (algas rojas yficobilinas (algas rojas y
verdeazules).verdeazules).
• Clorofilas, pigmentos verdesClorofilas, pigmentos verdes
( clorofilas a, b, c, d, y e, la( clorofilas a, b, c, d, y e, la
bacterioclorofila a, bacterioclorofila b,bacterioclorofila a, bacterioclorofila b,
y clorofila de clorobioy clorofila de clorobio
(bacterioviridina)).(bacterioviridina)).
• Las clorofilas a y b son las mejorLas clorofilas a y b son las mejor
conocidas y las más abundantes.conocidas y las más abundantes.
• Los carotenoides son compuestosLos carotenoides son compuestos
lipídicos que presentan colores quelipídicos que presentan colores que
varían desde el amarillo hasta elvarían desde el amarillo hasta el
púrpura (carotenos y xantófilas).púrpura (carotenos y xantófilas).

Algas CaféAlgas Café
(pardas)(pardas)
Alga verdeAlga verde
unicelularunicelular EuglenaEuglena
sppspp
Algas VerdeAlgas Verde
azulesazules

ClorofilaClorofila
• Pigmento fotorreceptorPigmento fotorreceptor
responsable de la primeraresponsable de la primera
etapa en la transformaciónetapa en la transformación
de la energía de la luz solarde la energía de la luz solar
en energía química,en energía química,
• En los cloroplastos seEn los cloroplastos se
encuetra asociada a lípidos yencuetra asociada a lípidos y
lipoproteínas.lipoproteínas.
• Existen dos tipos, la clorofilaExisten dos tipos, la clorofila
a y la clorofila b.a y la clorofila b.

ClorofilaClorofila
• Contiene un anillo de porfirina y unaContiene un anillo de porfirina y una
cadena larga llamada fitol.cadena larga llamada fitol.
• El anillo de porfirina es un tetrapirrol,El anillo de porfirina es un tetrapirrol,
que contiene un átomo de magnesioque contiene un átomo de magnesio
(Mg2+).(Mg2+).
• El fitilo (o resto de fitol) es unaEl fitilo (o resto de fitol) es una
cadena hidrocarbonada con restoscadena hidrocarbonada con restos
de metilo (-CH3) a lo largo dede metilo (-CH3) a lo largo de
carácter “hidrófobo”. La cadena delcarácter “hidrófobo”. La cadena del
fitilo sirve para anclar la molécula defitilo sirve para anclar la molécula de
clorofila en la estructura anfipática declorofila en la estructura anfipática de
los complejos moleculares en quelos complejos moleculares en que
residen las clorofilasresiden las clorofilas.

Si un pigmento absorbe luz puedenSi un pigmento absorbe luz pueden
ocurrir una de estas tres cosas:ocurrir una de estas tres cosas:
– La energía se disipa como calorLa energía se disipa como calor
– La energía se emiteLa energía se emite
inmediatamente como una deinmediatamente como una de
longitud de onda más larga,longitud de onda más larga,
fenómeno conocido comofenómeno conocido como
fluorescencia.fluorescencia.
– La energía puede dar lugar a unaLa energía puede dar lugar a una
reacción química como en lareacción química como en la
fotosíntesis.fotosíntesis.
La clorofila solo desencadena unaLa clorofila solo desencadena una
reacción química cuando se asociareacción química cuando se asocia
con una proteína embebida en unacon una proteína embebida en una
membrana o los repliegues demembrana o los repliegues de
membrana encontradas en ciertosmembrana encontradas en ciertos
procariotas fotosintéticos.procariotas fotosintéticos.

CloroplastoCloroplasto
 Orgánulos subcelulares de unos 5 aOrgánulos subcelulares de unos 5 a
10 μm de diαmetro.10 μm de diαmetro.
 Algunas algas solo tienen unAlgunas algas solo tienen un
cloroplasto por célula, pero haycloroplasto por célula, pero hay
células de plantas superiores concélulas de plantas superiores con
centenares.centenares.
 El 50% de la proteína foliar seEl 50% de la proteína foliar se
encuentra formando parte de losencuentra formando parte de los
cloroplastos.cloroplastos.
 La forma y tamaño de losLa forma y tamaño de los
cloroplastos varía de unas plantas acloroplastos varía de unas plantas a
otras, y son característicos deotras, y son característicos de
organismos eucarióticosorganismos eucarióticos
fotosintéticosfotosintéticos..

CloroplastoCloroplasto
• Su estructura parecida a la mitocondrial pero aún más compleja:Su estructura parecida a la mitocondrial pero aún más compleja:
• Doble membrana (externa e interna) y entre ellas un espacioDoble membrana (externa e interna) y entre ellas un espacio
intermembranoso. Numerosos sacos internos formados porintermembranoso. Numerosos sacos internos formados por
membrana que encierran la clorofila.membrana que encierran la clorofila.

CloroplastosCloroplastos
• Polimorfos y de color verde.Polimorfos y de color verde.
• Su forma más frecuente es lenticular, ovoide o esférico.Su forma más frecuente es lenticular, ovoide o esférico.
• El interior es un gel llamado estroma.El interior es un gel llamado estroma.
• Presenta un ADN independiente del núcleo yPresenta un ADN independiente del núcleo y
plastorribosomas.plastorribosomas.
• Sacos aplanados llamados tilacoides o lamelasSacos aplanados llamados tilacoides o lamelas
(Estroma) cuyo interior se llama lúmen. Se apilan(Estroma) cuyo interior se llama lúmen. Se apilan
formando paquetes llamados grana.formando paquetes llamados grana.
• En la membrana de los grana o tilacoides se ubican losEn la membrana de los grana o tilacoides se ubican los
sistemas enzimáticos que captan la energía del sol ysistemas enzimáticos que captan la energía del sol y
efectúan el transporte de electrones para formar ATP.efectúan el transporte de electrones para formar ATP.

• Consiste en una serie deConsiste en una serie de
procesos, por los cuales lasprocesos, por los cuales las
plantas, algas y algunasplantas, algas y algunas
bacterias, capturan la luz ybacterias, capturan la luz y
emplean su energía paraemplean su energía para
convertir la materiaconvertir la materia
inorgánica en materiainorgánica en materia
orgánica.orgánica.
• En las cianobacterias (noEn las cianobacterias (no
tienen cloroplastos), lostienen cloroplastos), los
carotenoides soncarotenoides son
sustituidos por otrossustituidos por otros
pigmentos, la ficobilinas.pigmentos, la ficobilinas.

La fotosíntesis se desarrolla en dos etapas:La fotosíntesis se desarrolla en dos etapas:
– Reacciones lumínicas:Reacciones lumínicas: Proceso dependiente de la luzProceso dependiente de la luz
(etapa clara), requiere de energía de la luz para fabricar(etapa clara), requiere de energía de la luz para fabricar
ATP y moléculas portadoras de energía NADPHATP y moléculas portadoras de energía NADPH
reducido, a usarse en la segunda etapa.reducido, a usarse en la segunda etapa.
– Ciclo de Calvin- Benson:Ciclo de Calvin- Benson: Etapa independiente de laEtapa independiente de la
luz (etapa oscura), los productos de la primera etapaluz (etapa oscura), los productos de la primera etapa
mas CO2 son utilizados para formar los enlacesmas CO2 son utilizados para formar los enlaces C-CC-C dede
los carbohidratos. Las reacciones de la etapa oscuralos carbohidratos. Las reacciones de la etapa oscura
usualmente ocurren en la oscuridad si losusualmente ocurren en la oscuridad si los
transportadores de energía provenientes de la etapatransportadores de energía provenientes de la etapa
clara están presentes.clara están presentes.
La etapa clara ocurre en laLa etapa clara ocurre en la granagrana y la oscura en ely la oscura en el estromaestroma
de los cloroplastos.de los cloroplastos.

Etapa claraEtapa clara
• La luz que "golpea" a la clorofilaLa luz que "golpea" a la clorofila
excita a un electrón a un nivelexcita a un electrón a un nivel
energético superior.energético superior.
• En una serie de reacciones laEn una serie de reacciones la
energía se convierte (a lo largo deenergía se convierte (a lo largo de
un proceso de transporte deun proceso de transporte de
electrones ) en ATP y NADPH.electrones ) en ATP y NADPH.
• El agua se descompone en elEl agua se descompone en el
proceso liberando oxígeno comoproceso liberando oxígeno como
producto secundario de laproducto secundario de la
reacción.reacción.
• El ATP y el NADPH se usan paraEl ATP y el NADPH se usan para
fabricar los enlaces C-C en lafabricar los enlaces C-C en la
etapa oscura.etapa oscura.

• Los fotosistemas son losLos fotosistemas son los
conjuntos de moléculas deconjuntos de moléculas de
clorofila y otros pigmentosclorofila y otros pigmentos
empaquetados en los tilacoides.empaquetados en los tilacoides.
• Muchos procariotas tienen unMuchos procariotas tienen un
solo fotosistema: el fotosistemasolo fotosistema: el fotosistema
II.Los eucariotas usan elII.Los eucariotas usan el
fotosistema II más el fotosistemafotosistema II más el fotosistema
I.I.
• El fotosistema I usa la clorofila aEl fotosistema I usa la clorofila a
en una forma denominada P700.en una forma denominada P700.
El Fotosistema II usa una formaEl Fotosistema II usa una forma
de clorofila conocida comode clorofila conocida como
P680.P680.

La fotofosforilación es el proceso de conversión de laLa fotofosforilación es el proceso de conversión de la
energía del electrón excitado por la luz, en un enlaceenergía del electrón excitado por la luz, en un enlace
pirofosfato de una molécula de ADP. Esto ocurre cuandopirofosfato de una molécula de ADP. Esto ocurre cuando
los electrones del agua son excitados por la luz enlos electrones del agua son excitados por la luz en
presencia de P680. La transferencia de energía es similarpresencia de P680. La transferencia de energía es similar
al transporte quimiosmótico de electrones que ocurre enal transporte quimiosmótico de electrones que ocurre en
la mitocondriala mitocondria.
Flujo aciclico de e-s en losFlujo aciclico de e-s en los
dos fotosistemasdos fotosistemas

Reacciones fotodependientes en la primeraReacciones fotodependientes en la primera
fase de la fotosintesisfase de la fotosintesis

Reacciones Independiente de LuzReacciones Independiente de Luz
• Las reacciones que fijan carbono son también conocidasLas reacciones que fijan carbono son también conocidas
como reacciones "oscuras" o reacciones "independientescomo reacciones "oscuras" o reacciones "independientes
de la luz".de la luz".
• El anhídrido carbónico penetra en los unicelulares yEl anhídrido carbónico penetra en los unicelulares y
autótrofos acuáticos sin necesidad de estructurasautótrofos acuáticos sin necesidad de estructuras
especiales.especiales.
• Las plantas terrestres para protegerse de la desecaciónLas plantas terrestres para protegerse de la desecación
han desarrollado aberturas especiales denominadashan desarrollado aberturas especiales denominadas
estomas que regulan la entrada y salida del gas por lasestomas que regulan la entrada y salida del gas por las
hojas.hojas.
• El anhídrido carbónico de la atmósfera es capturado yEl anhídrido carbónico de la atmósfera es capturado y
modificado por la adición de hidrógeno para formarmodificado por la adición de hidrógeno para formar
carbohidratos (fijación del Carbono). La energía para ellocarbohidratos (fijación del Carbono). La energía para ello
proviene de la primera fase de la fotosíntesis.proviene de la primera fase de la fotosíntesis.

Ciclo de CalvinCiclo de Calvin
• Finales de la Segunda GuerraFinales de la Segunda Guerra
Mundial.Mundial.
• Melvin Calvin (premio Nobel enMelvin Calvin (premio Nobel en
1961) y sus colaboradores,1961) y sus colaboradores,
• Uso Carbono-14, técnicas deUso Carbono-14, técnicas de
intercambio iónico,intercambio iónico,
cromatografía en papel ycromatografía en papel y
radioautografía "mapearon"radioautografía "mapearon"
• Completo el estudio del ciclo delCompleto el estudio del ciclo del
Carbono en la fotosíntesisCarbono en la fotosíntesis

El Ciclo de Calvin o de los tres carbonos se desarrolla enEl Ciclo de Calvin o de los tres carbonos se desarrolla en
estroma de los cloroplastos. El anhídrido carbónico esestroma de los cloroplastos. El anhídrido carbónico es
fijado en la molécula ribulosa 1,5 bifosfato (RuBP). Lafijado en la molécula ribulosa 1,5 bifosfato (RuBP). La
RuBP tiene 5 carbonos en su molécula. Seis moléculas deRuBP tiene 5 carbonos en su molécula. Seis moléculas de
anhídrido carbónico entran en el Ciclo de Calvin y,anhídrido carbónico entran en el Ciclo de Calvin y,
eventualmente, producen una molécula de glucosa.eventualmente, producen una molécula de glucosa.

• El primer producto estable del ciclo es el ácido 3-El primer producto estable del ciclo es el ácido 3-
fosfoglicérico (PGA), molécula de tres carbonos.fosfoglicérico (PGA), molécula de tres carbonos.
• Globalmente 6 moléculas de RuBP (ribulosa bifosfato) seGlobalmente 6 moléculas de RuBP (ribulosa bifosfato) se
combinan con 6 de CO2 y dan 12 de 3-fosfoglicérico.combinan con 6 de CO2 y dan 12 de 3-fosfoglicérico.
• La enzima que cataliza esta reacción es la RuBPLa enzima que cataliza esta reacción es la RuBP
carboxilasa, la proteína mas abundante del mundo y secarboxilasa, la proteína mas abundante del mundo y se
encuentra en la superficie de las membranas tilacoideas.encuentra en la superficie de las membranas tilacoideas.
• La energía del ATP y el NADPH generados por losLa energía del ATP y el NADPH generados por los
fotosistemas se usan para "pegar" fosfatos (fosforilar) al 3-fotosistemas se usan para "pegar" fosfatos (fosforilar) al 3-
PGA y reducirlo a fosfogliceraldehido o PGAL, también dePGA y reducirlo a fosfogliceraldehido o PGAL, también de
tres carbonos.tres carbonos.

Lectura RecomendadaLectura Recomendada
• Fotosíntesis y Respiración Aerobia.Fotosíntesis y Respiración Aerobia. BiologíaBiología
de Solomon. Pág. 182de Solomon. Pág. 182

Lectura de AmpliacionLectura de Ampliacion
• Evolución de los Fotosistemas I y II.Evolución de los Fotosistemas I y II. BiologíaBiología
de Solomon. Pág. 187.de Solomon. Pág. 187.

Web siteWeb site
• Energía en los Seres Vivos. Link:
http://www.profesorenlinea.cl/swf/links/frame_top.php?dest=http
%3A//www.profesorenlinea.cl/Ciencias/Energiaseresvivos.htm

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