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ANABOLISMO AUTÓTROFO
Fotosíntesis y Quimiosíntesis
LA FOTOSÍNTESISEs un proceso anabólico , que consiste en transformar la materia inorgánica (pobre en energía) en orgánica (rica en energía), utilizando para ello la energía procedente del sol.
FOTOSÍNTESIS OXIGÉNICA
Dador de e- es el H2O.
Se desprende O2
FOTOSÍNTESIS ANOXIGÉNICA
El dador de e- es el SH2.
No se desprende O2
La energía luminosa activa los e-, que pasan a través de una cadena de transporte, en la que se sintetiza ATP.
FOTOSÍNTESIS OXIGÉNICAFases
FASE OSCURA
Se utiliza la energía obtenida en la fase lumínica para formar azúcares.
FASE LUMÍNICALa energía luminosa se convierte en energía química.
FASE LUMÍNICALa energía luminosa se convierte en energía química .Tiene lugar en los grana del cloroplasto .Necesita luz y clorofila .Durante el proceso tiene lugar la fotólisis del agua .Se desprende O 2, procedente del agua.Se forman ATP y PODER REDUCTOR
FOTÓLISIS DEL AGUA
H2O 2e- +2H+ + 1/2O2
hγ
FOTOFOSFORILACIÓN
ADP + Pi ATP
FASE OSCURA
Se utiliza el ATP y el Poder Reductorpara formar azúcares.
No necesita luz ni clorofila.
Tiene lugar en el estroma del cloroplasto.
No hay desprendimiento de O2.
CO2
NADPH + H+
ATP
GLUCOSA
NADP
ADP + Pi
FASE LUMÍNICA: FotosistemasFOTOSISTEMA: Estructuras del cloroplasto donde se encuentran los
pigmentos fotosintéticos englobados en proteínas tr ansmembrana.
Están formados por dos subunidades:
� ANTENA: En ella se encuentran los pigmentos antena , capaces de
absorber los fotones y transmitir su energía al pigmento diana y al centro de
reacción. Predominan los pigmentos sobre las proteínas.
� CENTRO DE REACCIÓN: En él está el pigmento diana , capaz de captar
la energía procedente del pigmento antena y emitir e-. También se encuentra
aquí el primer dador de e -, que recoge los emitidos por el pigmento diana y
los cede al primer aceptor . En el centro de reacción predominan las
proteínas sobre los pigmentos.
FOTOSISTEMASFotosistema I : se encuentra sobre todo en los tilacoides de estroma, y su pigmento diana es la clorofila P700.
Fotosistema II : se encuentra sobre todo en los grana y su pigmento diana es la clorofila P680.
Pigmento diana: Clorofila αn (P-680)Por cada molécula de αn 40 moléculas
de clorofila αProteínas.
Pigmento diana: Clorofila α1(P700)
Otros pigmentos: Clorofila α y β-carotenos.
Proteínas.
Centro dereacción
4 moléculas de clorofila α por cada 3 de clorofila β.
1-2 moléculas de xantofilaProteínas
4 moléculas de clorofila α por cada una de clorofila β.
Proteínas.Antena
FOTOSISTEMA II (P-700)
FOTOSISTEMA I (P-680)
Fotofosforilación no cíclicaFase lumínica
PS II: Fotosistema II, con clorofila que absorbe luz d e 680nm
PS I: Fotosistema I, que absorbe luz de 700 nm
Fotosforilación cíclicaFase lumínica
� Los e - parten del P700 y vuelven a P700.
� No se obtiene poder reductor.
� Se obtiene el ATP necesario para superar el déficit de la fosforilación no cíclica.
DISPOSICIÓN DE LOS FOTOSISTEMAS EN LA MEMBRANA DEL TILACOIDES
HIPÓTESIS QUIMIOSMÓTICA (MITCHELL)
La energía desprendida en la cadena de transporte electrónico se utiliza para bombear H+ hacia el espacio intertilacoide en contra de gradiente .
Los H+ vuelven al estroma a favor de gradiente , a través de las ATP-sintetasas, formándose ATP.
FASE OSCURA: REACCIONES
QUE FIJAN EL CARBONO.
Ciclo de Calvin.
El NADPH+H+ y el ATP obtenido en la Fase lumínica oxidan al CO2 para formar Gliceraldehído-3-P. A partir de él se forman las demás moléculas orgánicas.
CICLO DE CALVIN
Resumen de las etapas de la fotosíntesis
Condiciones ¿En dónde? ¿Qué ocurre aparentemente? Resultados
Reacciones que capturan energía
Luz Tilacoides La luz que incide sobre el Fotosistema II lanza electrones cuesta arriba. Estos electrones son reemplazados por electrones de moléculas de agua que, al escindirse, liberan O2. Los electrones luego pasan cuesta abajo, a lo largo de una cadena de transporte de electrones, al Fotosistema I y de éste -nuevamente cuesta abajo- al NADP, que se reduce formando NADPH. Como resultado de este proceso, se forma un gradiente de potencial electroquímico merced al cual se produce ATP a través de un mecanismo quimiosmótico
La energía de la luz se convierte en energía química que se almacena en enlaces de ATP y NADPH
Reacciones de fijación de carbono
No requieren luz, aunque algunas
enzimas son reguladas por
ella
Estroma Ciclo de Calvin. El NADP y el ATP formados en las reacciones que capturan energía lumínica se utilizan para reducir el dióxido de carbono. El ciclo produce gliceraldehído fosfato, a partir del cual puede formarse glucosa y otros compuestos orgánicos
La energía química del ATP y del NADPH se usa par incorporar carbono a moléculas orgánicas
La fotorrespiración es un proceso en el cual la ribulosa fosfato se combina con oxígeno dando como resultado final -después de varios pasos que implican a los cloroplastos, peroxisomas y mitocondrias- la liberación de dióxido de carbono. La fotorrespiración es muy limitada en las plantas C4 y, en condiciones de luz solar intensa, elevadas temperaturas o sequía, las plantas C4 son más eficientes que las C3.
FOTORRESPIRACIÓN
Plantas C 4: adaptadas a condiciones de elevada temperatura y escasez de agua.
ANATOMÍA DE LAS PLANTAS C3 Y C4En las hojas de las
plantas C3, el proceso complejo de la
Fotosíntesis ocurre en las células del
mesófilo. En cambio, en las C4, la fijación inicial del C ocurre también en dichas
células, pero el ciclo de Calvin se lleva a cabo
en las células de la vaina, que, a diferencia
de las C3, contienen cloroplastos.
De este modo, incluso en días secos y calurosos, la concentración de CO2 en las células de la vaina es suficiente para que se produzca fotosíntesis.
VÍA DE HATCH-SLACKPlantas C4
Vía para la fijación del C en las plantas C4
El CO2 se fija primero en las células del mesófilo como ác.
Oxalacético. Luego es transportado a las células de la
vaina, donde se desprende como CO2, y entra en el ciclo
de Calvin. El ácico pirúvicovuelve a las células del
mesófilo, donde se convierte en fosfo-enol-pirúvico, capaz de
captar una nueva molécula de CO2 (ac. Oxalacético) y se
repite el proceso.
FOTOSÍNTESIS DE LAS PLANTAS C3 Y C4
Frecuentemente menor
Frecuentemente mayor
Fotorrespiración
Células de la vaina del haz conductor
Células del mesófiloSitio donde ocurre el Ciclo de Calvin
Gliceraldehido-3-PGliceraldehído-3-PPrimer producto del Ciclo de Calvin
Ácido oxalacético(4 carbonos)
Gliceraldehído-3-P(3 carbonos)
Primer producto de la fijación del CO 2
PEP-carboxilasaRib-di-P-carboxilasaEnzima que cataliza la captura del CO 2en el mesófilo
Fosfo-enol-pirúvicoRibulosa 1,5 di PAceptor primario del CO 2
PLANTAS C 4PLANTAS C 3
FOTOSÍNTESIS ANOXIGÉNICABacterias fotosintéticas
� Hay fase lumínica (con fosforilación cíclica y acíclica) y oscura.
�Sólo funciona el Fotosistema I, que se localiza en la membrana plasmática.
�El aceptor de H+ y e- es el NAD+
�No hay fotólisis del H2O: El dador de e- puede ser el SH2 (Sulfobacterias) o un compuesto orgánico (Bacterias verdes).
QUIMIOSÍNTESIS� Es un proceso exclusivo de algunas bacterias.
� Consiste en la síntesis de ATP a partir de la energía desprendida por determinadas reacciones de oxidación de sustancias inorgánicas.
� Muchos de estos compuestos proceden de la descomposición de la materia orgánica . (SH2, NH3…)
FASES:
� OXIDACIÓN: Reacciones que desprenden energía (ATP), H+ y e-
�CICLO DE CALVIN: Síntesis de compuestos orgánicos.
BACTERIAS QUIMIOSINTÉTICAS
� Bacterias incoloras del azufre: Responsables de la fijación del SH2procedente de la descomposición de la materia orgánica, que abunda en aguas residuales.
� Bacterias del nitrógeno : oxidan compuestos reducidos del nitrógeno, como el amoniaco, procedente de la descomposición de cadáveres animales y de restos vegetales, y los convierte en nitratos asimilables por las plantas.
� Nitrosificantes: 2NH3 + O2 2 NO2- + 2H+ + 2 H2O + ATP
� Nitrificantes: NO2- + ½ O2 NO3
- + ATP
� Bacterias del hierro: transforman los depósitos minerales de carbonatos de hierro en yacimientos de óxidos de hierro.
� Bacterias del hidrógeno : pueden utilizar hidrógeno molecular y son quimioautótrofos facultativos.
QUIMIOSÍNTESISBacterias fijadoras del nitrógeno
Fijación abiótica. La fijación natural puede ocurrir por procesos químicos espontáneos, como la oxidación que se produce por la acción de los rayos, que forma óxidos de nitrógeno a partir del nitrógeno atmosférico.
Fijación biológica del N: Algunas bacterias pueden fijar el N2atmosférico y reducirlo a NH3, mediante un complejo enzimático: la nitrogenasa.
Las bacterias nitrosificantes y nitrificantes convierten el NH3 en nitratos y nitritos, que pueden ser absorbidos por las plantes verdes.
Ejemplos de bacterias fijadoras del N2 :
� Heterótrofas: Azotobacter, Chlostridium.
� Simbiontes: Rhizobium (Asociadas a las raíces de las leguminosas).
� Fotosistéticas: Algunas Cianobacterias.
CICLO DEL NITRÓGENO