LA Fotosíntesis PDF

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Lo más importante sobre fotosíntesis para selectividad...

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LA FOTOSÍNTESIS. En el proceso fotosintético se reconocen actualmente dos etapas: a) Fase luminosa o fotoquímica. Tiene lugar en la membrana tilacoidal de los cloroplastos, y consiste en una serie de reacciones que capturan la energía luminosa. La luz incide sobre la clorofila y otros pigmentos fotosintéticos impulsando, por un lado, la formación de ATP (poder energético), y por otro lado la rotura del agua en oxígeno (1/2 O2) e hidrógeno (2H+ + 2e- ), que al combinarse con el NADP+ forma NADPH (poder reductor). b) Fase oscura o biosintética. Tiene lugar en el estroma de los cloroplastos y se denomina así porque en ella no es necesaria la luz. En esta fase el ATP y el NADPH suministran la energía necesaria para impulsar una serie de reacciones en las que, a partir de sustancias inorgánicas, se forman compuestos orgánicos. 1. FASE LUMÍNICA O FOTOSÍNTÉTICA. Esta fase tiene lugar en la membrana tilacoidal de los cloroplastos y consiste en un conjunto de reacciones químicas que capturan la energía luminosa. En esta fase la luz incide sobre la clorofila y otros pigmentos fotosintéticos impulsando los siguientes procesos:  Captación de la luz  Transporte no cíclico de electrones, que produce la:  La fotolisis del agua: H2O

½ O2 + 2H+ + 2 e- .

 Formación de NADPH (poder reductor).  La síntesis de ATP (fotofosforilación). 1.2. LA CAPTACIÓN DE LA LUZ. LOS PIGMENTOS FOTOSINTÉTICOS: LOS FOTOSISTEMAS I Y II. La fotosíntesis es posible gracias a la absorción de energía luminosa por los llamados pigmentos fotosintéticos que se encuentran en las membranas tilacoidales de los cloroplastos. Entre estos pigmentos destacan los siguientes: - CLOROFILAS. De ellas, la más abundante es la clorofila a, aunque la mayoría de las plantas poseen clorofila b. Además, muchas algas poseen clorofilas c y d. Todas ellas son de color verde. PIGMENTOS ACCESORIOS. Carotenoides (que proporcionan colores rojos, amarillos y naranjas a las plantas) y las ficobilinas (proporcionan color rojo a algunas algas). Nota.- La clorofila y otros pigmentos, al captar los fotones, pasan a un estado excitado; cuando vuelven a su estado primitivo ceden energía que es capaz de excitar a una molécula contigua. CONCEPTO DE FOTOSISTEMA La clorofila y otros pigmentos accesorios se agrupan en la membrana tilacoidal formando unidades llamadas fotosistemas. Cada fotosistema consta de dos partes:

1) Complejo antena. El complejo antena está constituido por unas 250400 moléculas de pigmentos unidas fuertemente entre sí mediante proteínas de fijación. Cuando alguna de estas moléculas (clorofilas o carotenoides) absorbe un fotón, sufre un proceso de excitación, y la energía lumínica es transferida desde una molécula a otra mediante un proceso conocido como resonancia. La energía lumínica captada va siendo canalizada hasta una especie de embudo constituido por el centro de reacción del fotosistema. 2) Centro de reacción fotoquímico. Está formado por un par especial de moléculas de clorofila. En él, la energía luminosa que había sido canalizada, provoca la excitación de dichas moléculas de clorofila las cuales acaban por ceder uno de sus electrones a una molécula que actúa como un aceptor de electrones (que se reduce), con lo que el electrón se aleja de la clorofila quedando momentáneamente cargada positivamente.

- Fotosistema II (PS II). Se denomina P680 ya que su centro de reacción presenta un máximo de absorción a 680 nm. Cuando un fotón incide sobre un pigmento del fotosistema hace pasar uno de sus electrones a un nivel de energía superior, es decir, a una órbita más alejada. Cuando esto sucede se dice que el pigmento está excitado. Dentro del fotosistema, la energía de excitación se transmite desde el pigmento que absorbe la luz a menor longitud de onda hasta el que la absorbe a mayor longitud de onda. Como el pigmento que absorbe energía a mayor longitud de onda es la clorofila del centro de reacción, esta es la molécula que siempre recibe la energía de cualquier fotón, captada por los pigmentos del fotosistema. La clorofila excitada vuelve a su estado inicial, cediendo un electrón a un aceptor de la cadena fotosintética. De esta forma la energía luminosa se transforma en energía química. Además de los dos fotosistemas, en la parte de la membrana tilacoidal dirigida hacia el estroma existen ATP sintasas y proteínas transportadoras de electrones, como el complejo B6-f, la ferredoxina, la plastocianina y la plastoquinona. IMPORTANTE! ¿QUÉ DEBES SABER SOBRE EL TRANSPORTE DE ELECTRONES EN LA MEMBRANA TILACOIDAL? 1) Los transportadores de electrones que intervienen en la fase lumínica de la fotosíntesis se localizan en la membrana tilacoidal de los cloroplastos.

2) Conocer el papel que juegan el fotosistema II y I en el proceso de transporte de electrones: Tanto el fotosistema I como el fotosistema II poseen, en su centro de reacción fotoquímico, un par especial de moléculas de clorofila que se excitan, mediante la acción de dos fotones cediendo cada una de ellas un electrón, quedando en estado oxidado (inestable). 3) En la fase lumínica tiene lugar la hidrólisis del agua. Dicha hidrólisis facilita los electrones, que serán captados por el fotosistema II reduciendo su nivel energético. Los protones que se generan en esta hidrólisis quedan en el espacio tilacoidal contribuyendo a generar un gradiente de protones o diferencia de concentración de protones con respecto a estroma.

4) El complejo B6-f actúa como una bomba de protones, impulsándolos desde el estroma hacia el espacio tilacoidal. Estos protones, junto con los generados por la hidrólisis del agua, generan, como ya se ha comentado, una diferencia de concentración de protones entre el espacio tilacoidal y el estroma. 5) El último aceptor de la cadena de transporte de electrones de la membrana tilacoidal es el complejo NADP reductasa que reduce el coenzima NADP + transformándolo en NADPH. Por lo tanto en este proceso se genera poder reductor en forma de NADPH. 6) Finalmente, la diferencia de concentración de protones entre el espacio tilacoidal y el estroma, genera una fuerza protón-motriz que impulsa el funcionamiento de la ATP sintasa que existen en la membrana tilacoidal. Estos complejos enzimáticos, a la vez que impulsan protones desde el espacio tilacoidal hacia el estroma, sintetizan ATP. Finalmente, observa esta figura, que muestra el proceso del flujo no cíclico de electrones en la membrana tilacoidal, la fotofosforilación y la conexión que existe entre la fase lumínica de la fotosíntesis y la fase oscura, también llamada ciclo de Calvin. 1) La fase oscura de la fotosíntesis tiene lugar en el estroma de los cloroplastos. 2) En esta fase tiene lugar la fijación del CO2 atmosférico mediante la acción del complejo enzimático RuBisCo (Ribulosa 1,5 bi-fosfato carboxilasa). 3) La fijación de tres moléculas de CO2 permite la síntesis neta de una molécula de gliceraldehído 3 fosfato. Vemos como el Ciclo de Calvin permite la transformación de carbono inorgánico (en forma de CO2) en carbono orgánico gliceraldehído 3 P. Este gliceraldehído puede transformarse en glucosa y otras moléculas orgánicas al incorporarse a las rutas catabólicas y anabólicas de metabolismo celular. 4) La síntesis de gliceraldehído 3 P a partir de CO2 exige poder reductor, en forma de NADP, y energía en forma de ATP.

3. FACTORES QUE MODULAN LA ACTIVIDAD FOTOSINTÉTICA. A) La concentración de CO2. la actividad de la fotosíntesis aumenta al incrementarse la concentración de CO2.

B) La concentración de O2. El aumento de la concentración de O2 produce un descenso de la eficacia fotosintética debido al incremento que produce la fotorrespiración

C) La humedad. Cuando el tiempo es excesivamente seco los estomas de las plantas se cierran para evitar la pérdida de agua, lo que dificulta el paso de CO2, con la consiguiente disminución de la actividad fotosintética. D) La intensidad lumínica. Cada especie puede desarrollar la fotosíntesis en un determinado intervalo de intensidad de luz. Al aumentar la intensidad lumínica dentro de ese intervalo, la actividad fotosintética aumenta hasta alcanzar un valor máximo que es característico de cada especie. E) La temperatura. A partir de una determinada intensidad de luz, el aumento de la temperatura produce un aumento del rendimiento de la fotosíntesis debido al incremento de la actividad de los enzimas que participan en este

proceso. Esta actividad es máxima a un determinado valor de temperatura.. Por encima de ese valor máximo de temperatura, la actividad enzimática disminuye, y con ello el rendimiento fotosintético.

4. IMPORTANCIA BIOLÓGICA DE LA FOTOSÍNTESIS. 1. En los ecosistemas la fotosíntesis juega un papel fundamental ya que, junto con la quimiosíntesis, es un proceso que permite la síntesis de la materia orgánica a partir de la materia inorgánica. Ambos procesos son de suma importancia en los ecosistemas puesto que la materia orgánica sintetizada por los organismos autótrofos va pasando al resto de los organismos del ecosistema (los organismos heterótrofos). Excepto un reducido grupo de bacterias fotosintéticas, la inmensa mayoría de los organismos autótrofos son fotosintéticos, por tanto, podemos decir, sin temor a equivocarnos, que el proceso que sostiene la inmensa mayoría de los ecosistemas es la fotosíntesis. 2. La fotosíntesis juega un papel vital en los ecosistemas ya que permite el mantenimiento del flujo de energía y de materia. Interviene de en todos los ciclos biogeoquímicos, transformando la materia inorgánica en orgánica, ligando el medio abiótico y biótico. 3. La fotosíntesis libera oxígeno como subproducto, que es necesario para ser utilizado como subproducto en la respiración aeróbica. 4. La fotosíntesis ha desempeñado un importantísimo papel en el proceso de evolución de la vida sobre la Tierra, ya que la aparición de organismos fotosintéticos permitió el cambio en la composición química de la atmósfera, transformando una atmósfera reductora (carente de oxígeno) en una atmósfera oxidante (con presencia de oxígeno). La presencia de oxígeno en la atmósfera permitió una diversificación metabólica en los organismos permitiendo el desarrollo de la respiración aeróbica. 5. De la fotosíntesis depende también la energía almacenada en combustibles fósiles como carbón, petróleo y gas natural. 6. Se puede concluir que la diversidad de la vida existente en la Tierra depende principalmente de la fotosíntesis....