fisiologia vegetal fotosintesis fase luminosa
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7/22/2019 Fisiologia Vegetal Fotosintesis Fase Luminosa
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Fotosntesis
Universidad San PedroFacultad de Ingeniera Agraria
Ing. Yuri Holsin Calle Cheje
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Fotosntesis sntesis usando luz (phots = luz,synthesis = formacin)
Las plantas captan la energa luminosa del Sol parasintetizar molculas orgnicas complejas a partir delCO2, agua y elementos minerales: Carbohidratos
(glucosa, almidn, celulosa, etc.), lpidos (aceites,grasas, vitaminas, etc.), protenas y cidos nucleicos(ADN y ARN).
La energa almacenada en molculas orgnicas esusada en diferentes procesos celulares y sirve comofuente de energa para todas las formas de vida.Involucra procesos de oxidacin y reduccin.
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La energa consumida por los seres vivos en la Tierra
procede de la fotosntesis:
Luz
n CO2 + 2n H2O (CH2O)6 + n O2 +n H2O
cloroplastosLa fotosntesis empieza con la absorcin de fotones(energa luminosa) a travs pigmentos.
Los fotones excitan a los pigmentos fotosintticosanclados en las membrana de los tilacoides delcloroplasto.Los cloroplastos se encuentran en clulas
fotosintticas.
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Joseph Priestley (1771) Produccin de oxgeno en plantas de
menta. Las plantas mejoraban el aire viciado por la respiracin de losanimales.
Jan Ingenhousz (1779) Demostr la importancia de la luz parapurificar el aire viciado. Las plantas viciaban el aire en la oscuridad
Jean Senebier(1782) En la noche las plantas y animales producanCO2 y, en el da, las plantas purificaban el aire al producir O2.
Theodore de Saussure(1804) Intercambio de volmenes iguales deCO2 y O2; las plantas ganaban ms peso seco cuando el peso del CO2
absorbido exceda el peso de O2 liberado.
Julius Sachs (1864) Detect la formacin de granos de almidn enlas reas de las hojas que haban sido expuestas a luz.
Breve Historia
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Reaccin qumica de la fotosntesis (fines Siglo XIX) :
Luz
6 CO2 + 6 H2O C6H12O6 + 6 O2planta
donde C6H12O6 es un azcar simple (glucosa).
La glucosa no es el producto final de las reacciones de fijacin delcarbono sino un compuesto de tres carbonos (3C):
Gliceraldehido-3-Fosfato (GAP); a partir del cual se sintetizan lasdistintas molculas orgnicas, principalmente glucosa.
Con la glucosa se forma almidn, celulosa y otros carbohidratosesenciales en la constitucin de las plantas
n CO2 + 2n H2O (CH2O)6 + n O2 +n H2O
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FOTOSINTESIS ES UNA REACCION DE OXIDO- REDUCCION
La molcula que se oxida el H2O , y el que se reduce es el CO2
. OXIDACION DEL AGUA O REACCION DE HILL
Robert Hill (1937) Liberacin de O2 al iluminar una suspensin de tilacoidesde cloroplastos aislados; utiliz una sal frrica como aceptor de electrones.En presencia de luz, la solucin de cloroplastos oxidaba el H2O (donador deelectrones) y reduca la sal frrica (aceptor de electrones).
Luz 4 e-4 Fe3+ + 2H2O 4 Fe
2+ +O2 + 4 H+
Cloroplastos
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Hill determin que:
La fuente de electrones en la fotosntesis es el aguaEl oxgeno producido en la fotosntesis proviene de la fotlisis del agua.
Reaccin dependiente de luz y ocurre independientemente de la fijacin de CO2.
En 1951: Vitamina B (niacina o nicotinamida), contiene la coenzimaNicotinamida Adenin Dinucletido Fosfato (NADP+); forma reducidaNADPH que transfiere electrones a un buen nmero de compuestos vegetales.
Daniel Arnon (1954) En los cloroplastos se forma ATP en presencia de luz.Proceso llamado fotofosforilacinofosforilacin fotosinttica.
Luz
ADP y H2PO4- ATP + H2O
Cloroplastos
La formacin de ATP ademas tambin ocurre en las mitocondrias durante larespiracin: fosforilacin oxidativa
Las energas del ATP y NADPH son utilizadas en los procesos de reduccin delCO2 (CICLO DE CALVIN) y sntesis de carbohidratos. El ADP, Pi y el NADP
+ son
nuevamente liberados.
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Los fotosistemas son conjuntos de pigmentos que se agrupan
segn su naturaleza, constituyendo:
FOTOSISTEMAS
-Las molculas antena.
Molculas (varios cientos),que absorben la luz.
-El centro de reaccin.
Encargado de transferir loselectrones a un aceptor
adyacente.
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Cuando un fotn es capturado por un pigmento fotosinttico, un
electrn es elevado desde su estado basal respecto al ncleo, a
niveles de energa superiores (pasa a un estado excitado).
FOTOEXITACION
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Los dobles enlaces de la
clorofila son los que se
debilitan y transfieren sus
electrones pero es
inmediatamente cambiado
por electrones
provenientes de la fotolisis
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- Fotosistema I (FSI). Se encuentra principalmente en la
membrana de los tilacoides y en las regiones cercanas al
stroma del cloroplasto. Su centro de reaccin se denomina
P700 porque contiene dos molculas de clorofila a, cuyopromedio de longitud de onda que absorbe es de 700 nm
- Fotosistema II (FSII). Se localiza en membrana del
tilacoide, centro de reaccin se denomina P680 porque
contiene dos molculas de clorofila a, absorbe longitudes de
onda en promedio de 680 nm.
Tipos de fotosistema:
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El Cloroplasto
Tilacoides delEstroma
Membranas externae interna Estroma
Grana
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Tilacoide delGrana (FS II)
Estroma
Membrana
interna
Tilacoide
Tilacoide del
Estroma (FS I)
Espacio
Intermembranal
Membrana
externa
El Cloroplasto
Grana
(tilacoides apilados)
Tilacoide del
Estroma
Tilacoide
Canal del
Tilacoide
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Corte Tridimensional de un Cloroplasto
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Tilacoide del lumen Membrana Tilacoide
Estroma
Estroma
Tilacoides
Membrana interna
Membrana externa
Grana
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cloroplastosUbicados en el mesofilo de las hojas,
de tal modo contiene gran cantidad demolculas de clorofila, el que es un
pigmento con capacidad de recibir
ciertas longitudes de onda debido a su
doble enlace
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Clorofila a y b
Fitol
Porfirina
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Bacteria fotosinttica
Membrana fotosinttica
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Cloroplasto, alga
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Cloroplasto, maz
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La luz: forma de energa radiante. Pequeaparte del espectro electromagntico queocurre en el universo.
El ojo humano ve entre 500-600 nm.
Una flor es roja porque absorbe todos loscolores de la luz blanca excepto el rojo, el cuales reflejado.
Las hojas absorben la luz azul y roja y reflejanel verde.
La luz UV de 100-380 nm: UV-A (320-380nm), UV-B (280-320 nm) y UV-C ( 100-280nm). La luz UV es daina para la vida.
La fotosntesis ocurre entre 400-700 nm:Radiacin Fotosintticamente Activa(PAR)
La fotosntesis mxima ocurre en dos picos:
435 nm (azul) y 675 nm (rojo)
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Color Rango
(nm)
X
(nm)
Energa
(KJ/mol)
Ultravioleta 740 1400 85
Descomposicin de la luz blanca y sus longitudes de onda
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Espectro de Accin de la Fotosntesis
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Parnquima en palizada
epidermis
Parnquima lagunar
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1. Bacterioclorofila 4. Ficoeritrobilina2. Clorofila a 5. -caroteno3. Clorofila b
Espectro de Absorcinde algunos pigmentosfotosintticos
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Espectro deAbsorcin deCarotenos
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Absorcin y Emisin de Luz por la clorofila
Estado basal (estado de energa mas bajo)
El ms alto estado de energa excitado
El ms bajo estado deenerga excitado
Fluorescencia(prdida de energapor emisin de luz de mas larga)
Absorci
n
deluzazul
Absorcin
de
luzroja
Perdida de calor
Fluorescencia
Absorcin
AZUL
ROJO
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Efectos Antagnicos de la luz sobre laoxidacin del Citocromo f (Duysens, 1961)
Tiempo
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Transferencia de Energa durante la Fotosntesis
Transferencia de Energa Transferencia del Electrn
Complejo Antena
Molculas de pigmentos
LuzAceptor
Donador
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La energa de los pigmentosaumenta con la distancia al Centrode Reaccin
En condiciones ptimas lasexcitaciones absorbidas pueden serdirigidas hacia el Centro de Reaccin
Energaperdida comocalor durantetransferenciade excitacin
Energa delcentro dereaccin enestadoexcitadodisponible
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Esquema Z (zig-zag)
Reductordbil
Oxidantefuerte
Reductorfuerte
Oxidantedbil
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ElFS IIoxida el agua a O2 en el canal del tilacoide. Selibera protones dentro del canal.El complejo citocromo b6f recibe electrones del FS II ylos lleva al FS I. Tambin transporta protones
adicionales desde el estroma al canal.
El FS I reduce el NADP+ a NADPH en el estroma poraccin de la Ferrodoxina (Fd) y la flavoprotenaFerrodoxina-NADP Reductasa(FNR).LaATP sintasaproduce ATP a medida que los protonesdifunden desde el canal hacia el estroma.
4 complejos integrales de membrana estn orientadosvectorialmente en la membrana del tilacoide
T ansfe encia de e p otones en
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Transferencia de e- y protones enla Membrana del Tilacoide
Estroma : (Bajo H+)
Lumen del tilacoide: (Alto H+)
Gradiente depotencialelectroqumico
Plastohidroquinona
Plastocianina
Oxidacin del agua
Luz Luz
alto
bajo
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Plastohidroquinona (PQ) : la quinona se reduce y seconvierte en plastoquinona, luego con una segundareduccion, al incorporarse ademas protones de hidrogeno se
convierte en Hidroplastoquinona.
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Pheo: Feofitina
QA y QB: Quinonas CEO: Complejo Emisor de Oxgeno
PQ: Plastohidroquinona
PQH2: Plastohidroquinona reducida PC: Plastocianina
Fd: Ferrodoxina
FNR: Ferrodoxina-NADP Ox- Reductasa
Fotosistema II
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Fotosistema II
Canal
Estroma
MembranaTilacoide
Complejos cose-chadores de luz
QAy QB: Plastoquinonas
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Fotosistema I
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Fotosistema I
Ao= ClorofilaA1= FiloquinonaFd= Ferrodoxina
Canal
Estroma
Luz
Estroma
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ATP SintasaEstroma
Canal
MembranaTilacoide
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Organizacin de los complejos proteicosen la membrana del Tilacoide
Estroma
Canal
MembranaTilacoide
FOTOSNTESIS
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FOTOSNTESIS
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FASE I
FASE II
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Yuri Holsin Calle [email protected]