Iván Ferrer Rodríguez, Ph.D. Catedrático Fotosíntesis Capítulo 10, Reece, Urry, Cain, Wasserman, Minorsky, Jackson, 2009 Campbell Biology 9th Edition

Fotosíntesis Los organismos adquieren los compuestos orgánicos que usan para generar energía por dos vías: nutrición autotrófica y heterotrófica. 1) Autótrofos (trofo = alimento y auto = propio) - hacen su propio alimento, NO viven comiéndose o descomponiendo otros organismos.  Hacen sus moléculas orgánicas a partir de moléculas inorgánicas que obtienen

del ambiente.  En este sentido, a los autótrofos se les considera productores.  Ejemplo: Plantas  Usan CO2, H2O, minerales del suelo y luz solar para producir sus alimentos. 2

Fotosíntesis  Específicamente las plantas son

foto-autótrofos.  Utilizan la luz como fuente de

energía para sintetizar sus moléculas orgánicas.  Las plantas son fotosintéticas,

igual que las algas multicelulares, algunos protistas unicelulares y algunas bacterias:  Purple sulfur bacteria  Cyanobacteria

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Figura 10.1

Fotosíntesis  También hay organismos quimio-

autótrofos.  Son organismos que producen sus

propios compuestos sin la ayuda de luz solar.  Obtienen energía de la oxidación de

sustancias inorgánicas como azufre y amonio.  Ejemplos: bacterias que se 4

encuentran en hábitats marinos profundos.

Fotosíntesis Los organismos adquieren los compuestos orgánicos que usan para generar energía por dos vías: nutrición autotrófica y heterotrófica. 2) Heterótrofos (hetero = otro) - son los organismos que obtienen su material orgánico a partir de los productores.  Es este sentido los heterótrofos son consumidores.  Ejemplos: herbívoros y carnívoros.

 Algunos heterótrofos se alimentan de organismos muertos, como cadáveres,

heces fecales y hojas en el suelo.  A éstos se les conoce como descomponedores.  Ejemplos: hongos y bacterias. 5

Fotosíntesis  El suplido de combustibles fósiles

(hidrocarburos) representa los representa los restos de organismos que murieron millones de años atrás.  Esto representan energía solar

almacenada del pasado distante.

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Fotosíntesis Respiración celular

Fotosíntesis

 Es una reacción redox.

 Es una reacción redox.

 Libera energía a partir del

 Se consume energía en la síntesis de

rompimiento de azúcar.

azúcar.

 Se sintetiza ATP.

 Se consumen ATP.

 Se forma agua como un producto

 Se rompe agua.

lateral.  Organelos: Closoplastos. 7

 Organelos: Citosol y mitocondria.

Fotosíntesis Respiración celular

Fotosíntesis

 C6H12O6 + 6O2  6CO2 + 6H2O

 Reacción completa:

+ energía (ATP + calor).

 Reacción exergónica porque se

liberan 686 kcal/mol glucosa.  Participa NAD+ como aceptador de

electrones.

6CO2 + 12H2O + energía (luz solar)  C6H12O6 + 6O2 + 6H2O  Reacción neta:

6CO2 + 6H2O + energía (luz solar)  C6H12O6 + 6O2  Reacción endergónica porque se

 Ambos procesos ocurren en las

absorben 686 kcal/mol glucosa.

plantas.  Participa NADP+ como aceptador 8

de electrones.

Fotosíntesis  Las plantas son organismos

fotosintéticas, igual que las algas, algunos protistas y algunas bacterias.  La fotosíntesis es un proceso

mediante el cual las plantas capturan la energía presente en la luz solar y la convierten en energía química, que es almacenada en forma de azúcares y otros compuestos.

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Fotosíntesis  La fotosíntesis ocurre en los

cloroplastos.  Todas las partes verdes de las

plantes tiene cloroplastos, pero los cloroplastos son más comunes en las hojas.  Los cloropastos tienen un pigmento

verde llamado clorofila, que es lo que le da el color a la hoja.

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Descripción de la hoja  Los cloroplastos se encuentran

principalmente las células del mesófilo, el tejido en el interior de la hoja.  Estomata - poros microscópicos

por donde entra el CO2 y sale el O 2.  Venas - vasos por donde el agua que

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es absorbida por las raíces es distribuida a las hojas y las azúcares son exportadas a las raíces y otras partes de la planta.

Figura 10.3

Descripción del cloroplasto  Una célula mesofílica típica tiene

30-40 cloroplastos.  Hay 1/2 millón cloroplastos/mm2 de

hoja.

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Figura 10.3

Descripción del cloroplasto  Cada cloroplastos mide ~2-4 x 4-7

mm.

 Tiene doble membrana.  Hay un fluido denso dentro del

cloroplasto llamado estroma.  Suspendido en el estroma hay un

sistema de membranas interconectadas llamadas tilacoides, son como unos mini-organelos. 13

Figura 10.3

Descripción del cloroplasto  Los tilacoides pueden estar

agrupados en columnas llamadas grana.  La clorofila esta dentro de los

tilacoides.  La clorofila es el pigmento verde

que absorbe la luz solar que se utiliza durante el proceso de fotosíntesis.

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Figura 10.4

Trayectoria de los átomos en fotosíntesis Figura 10.5  La fotosíntesis se conoce desde 1800s, aunque hay pasos que no se conocen por

completo.  Es una reacción redox.  Reacción completa:

6CO2 + 12H2O + energía (luz solar)  C6H12O6 + 6O2 + 6H2O  Reacción neta:

6CO2 + 6H2O + energía (luz solar)  C6H12O6 + 6O2 15

Etapas de fotosíntesis: un adelanto La fotosíntesis se divide en dos partes: 1) Reacciones de luz - en esta etapa se convierte la energía solar en energía química. 2) Ciclo de Calvin – comienza con la incorporación de CO2 (a partir del aire) en moléculas orgánicas presentes en el cloroplasto.

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Figura 10.6

Etapas de fotosíntesis: un adelanto La fotosíntesis se divide en dos partes: 1) Reacciones de luz - en esta etapa se convierte la energía solar en energía química.  Ocurre en la membrana de las

tilacoides o en las granas.  Esta reacción comienza cuando la

luz es absorbida por la clorofila. 17

Figura 10.6

Etapas de fotosíntesis: un adelanto La fotosíntesis se divide en dos partes: 1) Reacciones de luz - en esta etapa se convierte la energía solar en energía química.  Se rompe agua electrones y se

generan electrones y protones.  Se genera oxígeno como un

producto lateral. 18

Figura 10.6

Etapas de fotosíntesis: un adelanto  Esto provoca la transferencia de

Figura 10.6

electrones (reducción) y protones desde el agua hasta NADP+ (fosfato de dinucleótido de nicotinamida adenina).  NADP+ es familia de NAD+, pero

tiene un fosfato adicional; NAD+, es un aceptador de electrones en respiración celular.  NADP+ se reduce a NADPH. 19

 NADP+ es un aceptador de electrones, pero trabaja en fotosíntesis.

Etapas de fotosíntesis: un adelanto Figura 10.6

 Se produce ATP a partir de ADP

mediante una fosforilación.  No hay producción de azúcares,

esto ocurre en el ciclo de Calvin.

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Etapas de fotosíntesis: un adelanto Reacción de luz: luz 12H2O + 12NADP+ + 18ADP + 18 Pi  6O2 + 12NADPH + 18ATP clorofila

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Etapas de fotosíntesis: un adelanto La fotosíntesis se divide en dos partes: 2) Ciclo de Calvin  Melvin Calvin comenzó a elucidar los pasos en los años 1940.  Estas reacciones del ciclo de Calvin ocurren en el estroma.  El ciclo comienza con la incorporación de CO2 (a partir del aire) en moléculas orgánicas

presentes en el cloroplasto.

 Esta incorporación de CO2 se le llama fijación de Carbono.  Este carbono fijado se reduce a un azúcar mediante la adición de electrones.

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Etapas de fotosíntesis: un adelanto 2) Ciclo de Calvin  El poder reductor viene del NADPH

que se formó en las reacciones de luz.  Esta reducción requiere del uso de ATP,

que se formó en reacciones de luz.  En el ciclo de Calvin se producen las

azúcares.  Las reacciones que ocurren en Calvin se llaman reacciones independientes de luz o

reacciones de oscuridad. 23

 En la mayoría de las plantas Calvin ocurre durante día.

Resumen de fotosíntesis  Los cloroplastos son como una

fábrica química cuya fuente de energía es la luz solar.  En los tilacoides se transforma la

luz solar en energía química contenida en el ATP y NADPH.

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 Reacción completa:

6CO2 + 12H2O + energía (luz solar)  C6H12O6 + 6O2 + 6H2O

Espectro electromagnético  La luz es una forma de energía

conocida como energía electromagnética o radiación electromagnética.

Espectro electromagnético

 El espectro electromagnético es el

conjunto completo de todas las radiaciones.  La luz visible (luz solar) que se

utiliza durante la fotosíntesis es una pequeña porción del espectro electromagnético.  Todas las radiaciones del espectro electromagnético viajan en forma de ondas 25

rítmicas.

Espectro electromagnético Ondas  La longitud de onda (wavelength =

l) es la distancia entre dos crestas.

 La luz visible es una mezcla de

diferentes colores (o diferentes l).

 En el espectro de luz visible las

longitudes de onda (l) varían entre 380-750 nm.  Éstas son las más importantes para

la vida. 26

Espectro electromagnético Prisma  Esta mezcla de diferentes colores se

puede separar usando un prisma, que es un instrumento separa los colores a base de sus longitud de onda.

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Pigmentos fotosintéticos  Cuando la luz se encuentra con la

materia, la luz puede ser reflejada, transmitida o absorbida.  Las sustancias que absorben luz se

llaman pigmentos.  Diferentes pigmentos absorben luz

a diferentes longitudes de onda y el color de la longitud de onda absorbido desaparece.

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Espectro electromagnético

Pigmentos fotosintéticos  Cuando un pigmentos es iluminado con luz blanca, el color que vemos es el

color que es reflejado o transmitido por el pigmento.  Por ejemplo, si iluminamos una hoja con luz visible, la clorofila absorbe el rojo y

el azul (ambos desaparecen) y transmite y refleja el color verde.  Si un pigmento absorbe todos los colores se ve negro.  Si un pigmento transmite o refleja todos los colores se ve blanco.

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Pigmentos fotosintéticos Figura 10.9  Diferentes pigmentos absorben luz

a varias longitudes de onda, esto se puede medir usando un espectrofotómetro:  Clorofila A = azul verdoso  Clorofila B = amarillo verdoso  Carotenoides = amarillo y

anaranjado  Importante: sólo la clorofila A

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participa directamente en las reacciones de luz, que convierten la energía solar en luz química.

Pigmentos fotosintéticos  Otros pigmentos (clorofila B, carotenoides) en la membrana del tilacoide

pueden absorber luz y transmitir la energía a la clorofila a, la cual inicia las reacciones de luz.  En la fotosíntesis participan dos tipos de unidades fotosintéticas llamadas

fotosistema I y fotosistema II.

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Resumen

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