| Plástidos | Son orgánulos celulares eucarióticos, propios de las plantas y algas. Su función principal es la producción y almacenamiento de importantes compuestos químicos.
Así, juegan un papel importante en procesos como la fotosíntesis, la síntesis de lípidos y aminoácidos, determinando el color de frutas y flores. |
| Cloroplastos | Son los orgánulos se ocupan de la fotosíntesis. Están limitados por una envoltura formada por dos membranas concéntricas y contienen vesículas, los tilacoides, donde se encuentran organizados los pigmentos y demás moléculas que convierten la energía luminosa en energía química |
| Cromoplastos | Sintetizan y almacenan pigmentos. Su presencia en las plantas determina el color rojo, anaranjado o amarillo de algunas frutas, hortalizas y flores. El color de los cromoplastos se debe a la presencia de ciertos pigmentos; como los carotenos, de color rojo y las xantofilas, de color amarillo. |
| Leucoplastos | Estos plastos son incoloros y se localizan en las células vegetales de órganos no expuestos a la luz, tales como raíces, tubérculos, semillas y órganos que almacenan almidón. |
| Estructura y función (Cloroplastos) | Los cloroplastos se observan como orgánulos constituidos por una doble membrana (externa e interna), un espacio intermembranoso y un espacio interior o estroma, en el seno del cual se localizan formaciones membranosas denominadas tilacoides, con forma de sáculos aplanados. |
| Membrana externa e interna (Estructura - Cloroplastos) | La externa tiene mayor permeabilidad a los iones y a las grandes moléculas.
La interna, que es prácticamente impermeable, pero que contiene proteínas transportadoras. |
| Estroma o matriz interna (Estructura - Cloroplastos) | Presenta en su interior una molécula de ADN circular de doble cadena y ribosomas; es el lugar donde se realizan los procesos genéticos del cloroplasto y las reacciones oscuras de la fotosíntesis.
La matriz interna alberga todas las enzimas encargadas de la fijación del carbono, siendo la más abundante la rubisco, así como las enzimas que permiten la replicación, transcripción y traducción de la información genética del ADN del cloroplasto. |
| Tilacoides (Estructura - Cloroplastos) | Son sáculos aplanados que se pueden encontrar aislados o superpuestos e interconectados, como si se tratara de una pila de monedas formando una red interna membranosa. |
| La rubisco de las plantas es | una proteína de mayor tamaño y siendo la más abundante en la naturaleza. |
| Cada apilamientos de tilacoides , con un número variable de sacos, recibe el nombre de grana. | El espacio entre dos granas se denomina intergrana, y está ocupado por sacos aplanados estromáticos que conectan las granas entre sí. Por tanto, hay membranas tilacoidales estromales y membranas tilacoidales granales. |
| En los tilacoides se realizan | todos los procesos de la fotosíntesis que requieren luz, es decir, la formación de ATP y de NADPH. Sobre la cara externa de estas membranas se sitúan los complejos F1 y los pigmentos fotosintéticos. |
| Fotosíntesis (Función - Cloroplastos) | Los cloroplastos son los orgánulos encargados de realizar la fotosíntesis. Estos captan la luz y transfomarla en enlaces C que dan a origens a azucares, los cuales son usados para respiración celular
En éste proceso tienen lugar reacciones dependientes de la luz, como son por ejemplo la producción de ATP y de NADPH; y reacciones independientes de la luz, que emplean la energía producida por las primeras en la fijación de CO2 y en la formación de glúcidos principalmente. |
| Biosíntesis de ácidos grasos (Función - Cloroplastos) | Para ello utilizan los glúcidos, el NADPH y el ATP sintetizados. |
| Reducción de nitratos a nitritos (Función - Cloroplastos) | Los nitritos se reducen a amoníaco, que es la fuente de nitrógeno para la síntesis de los aminoácidos y de los nucleótidos. |
| Fotosíntesis | Proceso metabólico mediante el cual la energía de la luz solar es captada y utilizada para convertir el CO2 y H2O en C6H12O6 y O2.
El agua proviene principalmente del suelo y debe viajar del mismo hacia las hojas.
Toman CO2 y liberan H2O y O2 a través de las estomas.
La luz resulta absolutamente necesaria para la producción de azucares y O2. |
| Experimento para ver de dónde proviene el O2 si del CO2 o del H2O | Al tomar dos plantes:
A las primeras se le suministró H218º (isotopo radiactivo) y CO2; y a las del segundo grupo se les suministró C18O2 y H2O. Se analizo el O2 obtenido de cada grupo y se encontró que el 18O fue proporcionado en abundancia por el grupo de plantas a las cuales se le suministro este isótopo marcado en el H2O.
En conclusión todo el O2 obtenido en la fotosíntesis proviene del H2O. |
| Carotenoides | pigmento accesorio que absorbe fotones con λ de valores intermedios entre el azul y el rojo. Por ej.: el β-caroteno absorbe fotones en las λ del azul y azul-verdoso (y es de color amarillo intenso) |
| Ficobilinas | pigmento accesorio que absorbe λ en el amarillo,
verde amarillento y naranja. |
| Clorofila (Fase lumínica) | predominan dos tipos de la misma, la clorofila a (-CH3) y la clorofila b (-CHO). Tiene una estructura de anillo porfirínico con un átomo de Mg en su centro, el anillo se une por un lateral a una cola hidrocarbonada que puede anclar la molécula de clorofila a una proteína integral del tilacoide. Este pigmento absorbe las λ del azul y del rojo. |
| Captación de la energía luminosa: | Las reaccion de fotosíntesis involucran dos vías principales:
- Fase lumínica
- Fase Oscura |
| Fase lumínica | Son reacciones impulsadas por la energía de la luz y convierte dicha energía en energía química en forma de ATP y un transportador de electrones reducido (NADPH+H+).
Requiere luz y ocurre en los tilacoides |
| Pigmento | Cuando se absorbe un fotón la molécula pasa de un estado fundamental a un estado excitado, las moléculas que absorben λ en el espectro visible para el ser humano se denomina pigmento . |
| áLos pigmentos se hallan dispuestos en sistemas antena o fotocentros en la membrana del tilacoide, actúan como | antenas absorbiendo la luz y transfiriendo la energía de sus electrones excitados a una molécula de clorofila que sirve como centro de reacción, la cual transfiere su electrón de alta energía a una molécula aceptora en una cadena transportadora de electrones no cíclica |
| Trasporte de electrones NO cíclico (Fase lumínica) | produce ATP y NADPHLa energía lumínica se utiliza para oxidar H2O, con la formación de O2, H+ y electrones.Intervienen 5 complejos proteicos en a membrana del tilacoide:-Fotosistema I-Fotosistema II-NADP reductasa-ATP sintasa-Complejo Citocromo bf-Plastiquinona |
| Transporte de electrones cíclico: (produce ATP) | Los electrones de fotosistema I son transportados al complejo Citocromo bf, el cual bombea H+ hacia la luz del tilacoide, la plastocianina devuelva los electrones al FI en un estado electrónico más bajo.
Finalmente la ATP sintasa utiliza los H+ para la síntesis de ATP. |
| Fase oscura | La mayoría de las enzimas que catalizan la fijación de CO2 están disueltas en el estroma del cloroplasto, donde esas reacciones tienen lugar; estas enzimas utilizan la energía contenida en el ATP y NADPH (producidos en el tilacoide, en la fase lumínica). Dado que no existe un almacenamiento de las coenzimas (ATP y NADPH) las reacciones “independientes de la luz” ocurren en presencia de luz ya que es cuando las coenzimas se originan.
Convierte la energía del ATP y del NADPH en enlaces de carbono |
| Ciclo de Calvin (Fase oscura) | Tres procesos componen el ciclo:
-Fijación de CO2: el CO2 se une a la ribulosa1,5-difosfato (RuBP),reaccion catalizada por la enzima rubisco, para dar 3-fosfoglicerato (3PG).
-Reducción y producción de azúcar: la mayor parte del gliceraldehido3-fosfato finaliza como ribulosa monofosfato (RuMP), y el ATP es utilizado para convertirlo este último compuesto en RuBP. (entonces, por cada vuelta del ciclo, con un
CO2 fijado, se regenera el aceptor de CO2).
-Regeneración del aceptor de CO2: el 3PG es reducido para la finalmente formar gliceraldehido3-fosfato (G3P). |
| Fotorrespiración: ineficiencias en la fotosíntesis. | uno de los cuatro carbonos es liberado como CO2, y los tres restantes se convierten en carbono fijado.
Por lo que el proceso de fotorrespiración reduce un 25% el carbono neto fijado por el ciclo de Calvin. |
| Mecanismo de fotorrespiración | https://gitmind.com/app/doc/6b953b28fe2dcc211fa35a39e1fd4e14 |
| Plantas C3 | Plantas como las rosas, el trigo y el arroz, sus hojas con abundantes cloroplastos y enzimas rubisco, en días calurosos cierran sus estomas con el fin de conservar el agua. El nivel de CO2 disminuye y el de O2 aumenta, en estas condiciones la rubisco actúa como una CO2 en estas plantas es la molécula de 3 carbonos 3PG (fosfoglicerato) |
| Plantas C4 | El maíz, la caña de azúcar, y otros pastos tropicales, también cierran sus estomas en días tropicales, mantienen una elevada proporción de CO2 y O2 alrededor de la rubisco de modo que esta actúe como caboxilasa. Esto lo hacen, en parte, mediante la síntesis de un compuesto de 4 carbonos, el oxalacetato, primer producto de la fijación del CO2 |
| Las plantas C4 realizan el ciclo de Calvin, pero presentan | una reaccion temprana adicional que fija el CO2 sin perder carbono en la fotorrespiración (esta fijación inicial puede funcionar con bajos niveles de CO2). |
| Las C4 presentan dos enzimas diferentes para la fijación de CO2: | -PEP carboxilasa (no tiene actividad oxigenasa, y fija CO2 aun en bajos niveles): se encuentran en el citosol de las células del mesófilo, fijan CO2 a un compuesto aceptor de 3 carbonos (el fosfoenolpiruvato (PEP)), y producen el producto de fijación de 4 carbonos (el oxalacetato). |
| Ciertas proteinas son importadas hacia los estromas desde el citoplasma | con un mecanismo similar al de las mitocondrias |
| La fotosintesis permite que la celulas capten la energía de los fotones de la luz | y transformar la energía en enlaces de carbonos para obtener azucares que luego son usados en diversos procesos como la respiración celular |
| En la fase luminosa de la fotosintesis ocurre que los electrones la molecula de clorofila | son excitados por absorber fotones, pasando estos e- a un estado excitado. Los electrones captan fotones con longitudes de onda de la luz visible, especificamente para luz roja y violeta.
Al excitarse el electron este puede:
-Caer a su estado basal emitiendo luz y calor
-Decaer por transferencia de energía en forma de resonancia a otro molecula con e- que se puedan excitar
-Sea transferido a otra molecula que acepte e- y que un donor de e- cubra el e- de baja energía del e- que fue cedido p
El pigmento capaz de realizar la fotosintesis es la clorofila a, |
| En la membrana de los tilacoides | la clorofila esta incluida en un fotosistema.
Los fotosistemas estan formados por un centro de reacción (donde los e- son transferidos a un aceptor primario de e-) y un complejo captador de luz que rodea el centro de reacción formado por antenas(pigmentos) que mediante el mecanismo de resonacia (2º) transfieren la energía que captan para hacerla llegar a la molecula de clorofila que la excitarse cede e. a un aceptor primario. Aumentan la eficiencia de la clorofila de ceder e- |
| En los cloroplastos hay dos tipos de fotosistemas que varian segun el maxima de absorción de la clorofila que los compone | -Fotosistema 1: La clorofila recupera los e- cuando estos pasan de una cadena transportadora desde el fotosistema 2
-Fotosistema 2: luego de ceder sus e- a el aceptor primario, para recuperar esos electrones la clorofila los toma del agua. El H2O se tomada por una enzima del tilacoide y al ceder el H2O los e- a la clorofila el H2O se transforma en O2 y H+ |
| La clorofilas cuando estan excitadas tienen un potencial redox mucho más negativo permitiendo que vayan cediendo e- a lo largo de la cadena transportadora | La diferencia entre la clorfila del sistema 1 y la plastocianina de la cadena transportadora acoplado al fotosistema 2 permiten que la proteina(plastocianina) pueda cederle al fotosistema 1 los e- que le faltan |
| Resumen de la fase luminica de | 1- excitación de los electrones de la clorofila por la radiación solar. Los pigmentos accesorios resuenan y excitan los e- de la clorofila.
2- Los electrones excitados son cedidos a un aceptor primario dentro de cada fotosistema. Este transfiere sus e- a un cadena transportadora (analoga a la cadena transportadora de las mitocondrias)
3- generación de gradiente de H+ por la cadena transporadora de e- acoplada al fotosistema II. El gradiente de H+ mediado por las protienas en las membranas dos tilacoides ocurre desde el estroma (analogo al citoplasma) hacia el interior tilacoidal (análogo a la matriz de la mitocondria).Transportandose los e- hacia el fotosistema I
4- En el fotosistema I los e- excitados de la clorofila son cedidos a otra cadena transportadora que finaliza con la reducción de NADP a NADPH, generando poder reductor en los cloroplastos
5- Los H+ generados por la cadena transportadora acopada al fotosistema 2 son disipados por una ATPsintasa (en la membrana del tilacoida) que sintesiza ATP hacia el estroma
6- H2O cede e- a la clorofila en el fotosistema II y la última proteína de la cadena de e- transfiere e- a la clorofila del fotosistema I. |
| Fotofosforilización ciclica | Ocurre algo similar a la fase luminica simple, solo que:
Al excitarse los e- de la clorofila del sistema 1 cede sus e- a la cadena transportadora en vez de reducirse el NADP, los e- involucrados vuelven a la cadena transporatadora asociada al fotosistema II generando más H+ en los tilacoides y los e- vuelven con baja energía a la clorofila de fotosistema 1 para que ocurra todo nuevamente |
| Reacción de Hill | Demustra que en los procesos acoplados a la luz en la fotosintesis se genera oxigeno. |
| Diferencia de ATP sintasa en los tilacoides y las mitocondrias | En la mitocondría la cadena transportadora genera protones fuera de la matriz mitocondrial y las ATPsintasas usan la energía de este grandiente de protones para generar ATP dentro de la matriz.
En los tilacoides ocurre lo contrario |
| Fase oscura de la fotosintesis | En la reaccion oscura el NADPH y ATP producidos por los tilacoides, quedan en el estroma son utilizados para la sintesis de azucares utilazndo como fuente de carbono al CO2
La producción de O2 ocurre disociada de la reducción del CO2, es decir no se produce oxigeno como consecuencia de la degradación de CO2. El CO2 forma agua y azucares. |
| Las reacciones que conforman la fotosintensis se llama ciclo de calvinb | Las reacciones son encadenas el producto generado en un reaccion es usado como sustrato de la enzima que participa en la reacción siguiente.
El azucar RuBP sirve como sustrato del rubisco el cual forma dos triosas al incorporarse CO2 a esta reaccion que desencadenan el resto de reacionen.
Esta es la reaccion inicial del ciclo de calvin. Luego ocurren pasos mediados por moleculas de ATP y el poder reductor de NADPH. Como resultado de este ciclo se forma gliceraldehido fosfato que sirve como materia prima para desarrollar distintos glúcidos, aminoacidos y acidos grasos |
| Activación del ciclo de Calvin por luz | Si bien el ciclo de calvin es independiente de la prescencia de luz, la actividad de algunas de las encimas en este ciclo no lo son.
Estas enzimas se activan por reacciones redox, mediante la rupturade un puente de S-S, permitiendo que la enzima se active. Esto ocurre mediado por una enzima mediadora que tambien sufre en un puente de disulfuro en su estructura el cual esta condicionado por el pasaje de e- desde la Ferredoxina la cual si depende de la prescencia de la luz para estar activa . La ferrodoxina es parte de cadena transportadora de electrones en el tilacoide, especificamente en el fotosistema 1. Es decir la activación del fotosistema 1 indirectamente activa las enzimas del ciclo de calvin. |
| Fotorespiración | serie de reacciones que reducen la fijación del carbono en la fase oscura de la fotosintesis a cambio de usar la energía del ATP y NADPH. Esta sucede en dias de calor o muy secos donde las plantas cierran los estomas para evitar la evaporación del H2O en sus tejidos, evitando a su vez el intercambio gaseoso. El O2 se acumula debajo del estoma de la hoja.
La fotorespiración tambien ocurre debido a la capacidad de la enzima rubisco para catalizar a unión de ribulosa con el CO2 sino que tambien une oxigeno a la ribulosa para dar 3PGA y fosfoglicolato. Generandose una competencia entre dos reacciones por el sitio catalitico de la rubisco hace que a concentraciones altas de oxigeno se favorezca que la rubisco catalize al oxigeno generando los respectivos productos.
A su vez las mitocondrias y los peroxisomas a portar los reactivos necesarios para que se produzcan las reacciones de O2 catalizadas con la rubisco.
El resultado de la fotorespiración es que la celulas fijan menos carbono por tener menos acceso a la enzima rubisco |
| Plantas C3 | -Las células del mesofilo tienen rubisco y fijan el CO2 a la RuBr
-Sistema vascular: nevadura
-Las celulas de vaina rodean la nevardura,presentan poco cloroplastos y no tienen rubisco por tanto no fijan CO2 |
| Plantas C4 | -Las células del mesofilo: El CO2 es captada por la PEP carboxilasa adhiriendo este al fosfoenol piruvato generando ácido oxalácetico. Este ácido reacciona con el NADPH generando ácido málico(de 4 Carbonos por esto C4)
El ácido malico entra en la celula de vaina, reacciona con NADP perdiendo un CO2 el cual entra al ciclo generando las azucares correspondientes.
El ácido malico se transforma en ácido pirúvico, vuelve a la célula del mesofilo reacciona con el ATP generando fosfoenol piruvato cerrando el ciclo
Esto ocurre gracias a que la PEP carboxilasa tiene mayor afinidad con CO2 que con el O2 y puede funcionar incluso a altas concentraciones de O2 captando el CO2 en mesofilo. Esta planta a su vez concentrar el CO2 en la zona más interna de la planta, donde estan las celulas de vaina de haz, evitando que la rubisco reaccionen con el O2 evitando así la fotorespiración.
-Sistema vascular: nevadura
-Las celulas de vaina del haz rodean la nevardura,presentan cloroplastos y tienen rubisco por tanto fijan CO2 |
| Fotosintesis de la planta CAM | Evita la fotorespiración
-Las celulas del mesofilo durante la noche cuando estas no realizan la fotosintensis y no consumen CO2, hay un alta concentración de CO2 en el entorno el cual ingresa a la celula donde la PEP carboxilosa lo capta como acido carbonica genera oxalcetato que mediante el consumo de NADH genera malato que será almacenado en las vacuolas como ácido málico.
El PEP necesario proviene de las triosas fosfatos que salen del almidon de las celulas
-Durante el día el CO2 esta en menor concentración en el entorno pues hay más plantas haciendo la fotosintesis, los estomas de estas plantas se cierran quedando la cantidad de CO2 presente en la celula retenido. Luego el ácido málico se libera en las vacuolas, pasando a malato y este se disocia en piruvato y en CO2.
El piruvato se transforma en almidon para ser reutilizado en la noche y todo el CO2 va al ciclo de Calvin para alimentar la fase oscura de fotosintesis |
