Clase de Fotosíntesis

1. La mayoría de la vida en el planeta se basa en dos
grandes procesos energéticos:
La Fotosíntesis y la Respiración
Crecer, desarrollarse, reproducirse, nutrirse,,
moverse… funciones vitales de los organismos
Dependen de esos procesos…
Estructuras celulares que son capaces de realizar
esas funciones…

3. ¿Qué le permite a estos organismos
captar la luz?
Organelos celulares:
Cloroplastos
Pigmento de color verde:
Clorofila
Los átomos de la molécula de clorofila
capturan fotones de luz

5. FOTOSÍNTESIS
FOTO : LUZ
SÍNTESIS : REUNIÓN DE VARIAS
SUSTANCIAS PARA FORMAR UN
COMPUESTO

6. La reacción general de la fotosíntesis puede
resumirse de la siguiente manera:
6 CO2 + 12 H2O + luz → C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O
En la fotosíntesis podemos encontrar reacciones que
dependen de la energía de la luz y otras que no dependen de
la luz.
Las reacciones químicas que dependen de la energía luminosa
forman la fase luminosa. Las reacciones químicas que no
dependen de la luz constituyen la fase oscura.

7. En la fotosíntesis, para sintetizar una molécula de glucosa se necesita una
fuente de carbono que es el CO2. El carbono de esta molécula se reduce.
Según sea la naturaleza de la molécula que le cede electrones al CO2
diferenciamos:
Fotosíntesis oxigénica, en la que la fuente de e- es el H2O. Se combina el
CO2 con los hidrógenos que proceden del H2O; ésta al perder sus hidrógenos
liberará O2.
Fotosíntesis anoxigénica, en la que la fuente de e- es un compuesto
reducido (H2S) distinto del agua (no se libera O2) y que realizan
determinados tipos de bacterias, puesto que la mayoría son heterótrofas.
Estos procesos no se realizan espontáneamente, sino que requieren un
aporte de energía que proviene de la luz solar. Esta parte constituiría la
primera etapa de la fotosíntesis, la fase luminosa; en ella transformamos la
energía luminosa de la luz en energía química en forma de ATP y poder
reductor, NADPH.
En la segunda etapa (fase oscura), que ocurrirá en el estroma de los
cloroplastos, es donde se utilizan esos productos para la reducción del CO2.

8. FASE LUMÍNICA
Consiste en la captura de fotones y el transporte de
electrones; comienza cuando un rayo de luz incide
sobre la hoja, llega a un cloroplasto y termina por
activar una de las moléculas de clorofila que se
encuentran en los tilacoides. La energía del fotón
de luz incidente, permite que una molécula de
clorofila del fotosistema libere un electrón. Éste
salta energizado, perdiendo la energía poco a poco
en una serie de reacciones químicas en cascada.
Así la clorofila es capaz de atrapar la energía de la
luz, y formar ATP y NADPH.

9. La fase luminosa puede presentarse en dos modalidades:
• Fase luminosa acíclica: con transporte acíclico de electrones, participan los
fotosistemas I y II.
• Fase luminosa cíclica: con transporte cíclico de electrones, sólo participa el
fotosistema I.
a) Fase luminosa acíclica
1.- Fotólisis del agua.
2.- Síntesis de poder reductor, NADPH.
3.- Síntesis de energía en forma de ATP.

10. La fase luminosa acíclica, también llamado esquema en "Z", comienza al llegar
fotones de la luz al fotosistema II (P680). Los fotones de luz excitan al pigmento
diana P680 de este fotosistema, el cual pierde tantos electrones como fotones
absorbe.
Tras esta excitación, los electrones pasan por una cadena transportadora de
electrones, formados por transportadores de electrones como la
plastoquinona (Pq), el complejo de los citocromos b-f y la plastocianina (Pc),
moléculas capaces de ganar y perder esos electrones.
Pero para que se puedan recuperar los electrones que perdió el fotosistema
P680 se produce la hidrólisis de agua (fotolisis del agua) que se descompone
en 2H+ , 2e- y un átomo de oxígeno. El átomo de oxígeno, unido a un segundo
átomo, formará una molécula de O2, y es eliminado al exterior. El oxígeno
liberado durante el día por las plantas se origina en este proceso. Este proceso
se realiza en la cara interna de la membrana de los tilacoides.

11. Por último, los electrones son introducidos en el interior del tilacoide
por el citocromo b-f que actúa como una bomba de protones
mandándolos al espacio tilacoidal y creando un gradiente de H+, igual
que ocurría en la mitocondria (hipótesis quimiosmótica de Mitchell) a
ambos lados de la membrana. Esto hace salir protones a través de las
ATP sintetasas, con la consiguiente síntesis de ATP que se acumula en el
estroma (fosforilación del ADP).
Por otro lado, los fotones también inciden en el Fotosistema I (P700); la
clorofila P700 pierde dos electrones que son captados por aceptores
sucesivos. Los electrones que la clorofila pierde son repuestos por la
plastocianina (Pc) que lo recibe del citocromo b-f. Al final los electrones
pasan a la enzima NADPreductasa y se forma NADPH (fotorreducción
del NADP).

12. b) Fase luminosa cíclica
En esta fotofosforilación sólo interviene el fotosistema I, y se llama cíclica ya
que los electrones perdidos por el P700 regresan de nuevo a dicho
fotosistema.
La finalidad de esta fase cíclica es fabricar ATP y no NADPH, ya que como
veremos, en la fase oscura se necesita más ATP que NADPH.

13. Al chocar los fotones sobre el fotosistema I, los electrones adquieren la
energía necesaria para ser capturados por la ferredoxina, pero ahora, en vez
de continuar hacia el NADP, son desviados hacia la cadena de transporte de
electrones que conecta los fotosistemas I y II, concretamente al complejo
citocromo b-f, que bombea protones al espacio tilacoidal para que luego se
sintetice ATP al pasar por el canal de la ATP-sintetasa. Se llama ahora
fotofosforilación cíclica ya que el flujo de electrones es cíclico, son los
mismos que perdió el P700 los que vuelven cíclicamente a él.
Así pues, en este caso no se forma NADPH, no interviene el agua ni se libera
O2.
El flujo cíclico de electrones es también característico de las bacterias
fotosintéticas que no desprenden oxígeno (bacterias del azufre y purpúreas)
ya que no tienen el fotosistema II.

14. La fase oscura, biosintética o asimilatoria de la fotosíntesis
son un conjunto de reacciones independientes de la luz (mal
llamadas reacciones oscuras porque pueden ocurrir tanto de día
como de noche) que convierten el dióxido de carbono y otros
compuestos en glucosa.
Estas reacciones, a diferencia de las reacciones lumínicas (fase
luminosa o fase clara), no requieren la luz para producirse (de
ahí el nombre de reacciones oscuras). Estas reacciones toman
los productos de la fase luminosa (principalmente el ATP y
NADPH) y realizan más procesos químicos sobre ellos. Las
reacciones oscuras son dos: la fijación del carbono y el Ciclo de
Calvin.

15. Fijación del carbono
Actualmente se ha descubierto que ambas fases de la
fotosíntesis necesitan energía luminosa para producirse. La fase
oscura o fase de asimilación del carbono no puede realizarse sin
energía solar, debido a que está regulada por ella
indirectamente, dado que algunas enzimas implicadas en el
proceso de asimilación del carbono son dependientes de la luz, y
no se produce el proceso en ausencia de ella. Esta segunda fase
también es dependiente de la temperatura y más lenta. La
fijación del carbono es el primer paso de las reacciones oscuras.
El carbono proveniente del CO2 es "fijado" dentro de un gran
carbohidrato. Tres pueden ser los caminos (procesos) que
existen para que este tipo de reacción ocurra: Fijación del
carbono C3 (la más común entre estas), fijación del carbono C4,
y CAM.

16. Las plantas C3 fijan directamente CO2 en el ciclo de Calvin, sin que se
produzcan fijaciones previas; la enzima RuBisCO cataliza la reacción entre la
ribulosa-1,5-bisfosfato (una pentosa, es decir, un monosacárido de 5C) con el
CO2, para crear una molécula de seis carbonos, que es inestable y se separará
en dos moléculas de fosfoglicerato, cada una de las cuales tiene tres átomos
de carbono.
En las plantas C4, el dióxido de carbono, en vez de ingresar inmediatamente al
ciclo de Calvin, reacciona con el fosfoenolpiruvato por acción de la enzima
fosfoenolpiruvato carboxilasa originando oxalacetato, que es convertido
posteriormente en malato, moléculas de 4 carbonos. El malato es llevado a las
células, donde es descarboxilado, produciendo el CO2 necesario para el ciclo
de Calvin, además de piruvato.
Las plantas CAM realizan un proceso similar; se da en las crasuláceas que,
como adaptación a ambientes desérticos, estas plantas cierran sus estomas de
día y por tanto no podría captar CO2 para realizar la fotosíntesis; lo absorben
por la noche, cuando los estomas se abren y lo incorporan, como en las
plantas C4 al fosfoenolpiruvato que acaba transformándose en malato. El
malato suministra, durante el día, el CO2 necesario para el ciclo de Calvin.

17. Ciclo de Calvin
El ciclo de Calvin es el proceso en el cual el dióxido
de carbono se incorpora a la ribulosa 1,5-bisfosfato
que acaba rindiendo una molécula neta de glucosa,
que la planta usa como energía (respiración
mitocondrial) y como fuente de carbono, y de la
cual depende la mayor parte de la vida en la Tierra.
Esta es la segunda fase de la fotosíntesis, donde se
almacena la energía en moléculas orgánicas como
la glucosa. Las reacciones del ciclo de Calvin
también se conocen como reacciones
independientes de la luz.

18. El ciclo de Calvin permite la síntesis de
carbohidratos, en especial la glucosa, y para que
se dé, debe ocurrir 6 veces.
El ATP y NADPH son moléculas para energía
rápida, pero la planta requiere almacenar
energía de forma más estable, y esto lo logra
con la glucosa.
Comenzando con la fijación del C del CO2 de la
atmósfera…