La fotosíntesis es un proceso donde los productores convierten energía luminosa en energía química, utilizando CO2 y H2O en los cloroplastos de las hojas y tallos verdes, liberando O2. Este proceso se divide en dos etapas: la fase luminosa, que ocurre en los tilacoides y produce ATP y NADPH, y el ciclo de Calvin, donde se fija el carbono para formar glucosa. La fotosíntesis es crucial para la vida en la Tierra, ya que produce materia orgánica y oxígeno, y participa en ciclos biogeoquímicos que son esenciales para el equilibrio de los ecosistemas.

1. BIOLOGÍA
Fotosíntesis y ciclos Biogeológicos

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. 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. Cloroplasto

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. 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. Espectro de absorción

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. Clorofila

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. 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. 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. 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. 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. 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. Procesos de la fase lumínica

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. 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. Ciclo de Calvin (vía de 3 carbonos)
El compuesto inicial y final es la Ribulosa difosfato (RuDP)

20. Ciclo de Calvin (vía de 3 carbonos)

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. 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. 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. 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. 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. Importancia biológica de la fotosíntesis
La diversidad de la vida existente en la tierra
depende principalmente de la fotosíntesis

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. Ciclos biogeoquímico

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. Ciclo del carbono

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. 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.

34. Ciclo del fosforo

35. 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.

36. 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.