UNIVERSIDAD DE GUADALAJARA CENTRO UNIVERSITARIO DE LOS LAGOS INGENIERÍA BIOQUÍMICA
Cloroplastos y la fotosíntesis MATERIA: BIOLOGÍA CELULAR PROFESOR: DRA. EN C. SOFIA LOZA CORNEJO MARIA GUADALUPE ALBA RODRIGUEZ MARGARITA ABRIL MARTINEZ GONZALEZ ANDREA RAMIREZ DE LA MORA JUAN ANTONIO VERDIN GOMEZ
Origen de los cloroplastos (Lynn Margulis) •
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Los cloroplastos se originaron de bacterias con capacidad de fotosíntesis, fotosín tesis, que fueron fue ron engullidas por células eucariontes ancestrales. En vez de digerir d igerir al pequeño organismo, el grande y el pequeño entraron en un tipo de simbiosis, adquiriéndose así por los vegetales la capacidad de manufacturar sus propios alimentos.
Las bacterias engullidas se convirtieron en la parte interna del cloroplasto cloroplast o hace 700 a 1500 millones de años.
cloroplastos •
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Son organelos que se encuentran en el citoplasma de las células de vegetales y de algas. En ellos se lleva a cabo la fotosíntesis. Tienen forma de disco, de entre 4 y 6 μm de μm de diámetro. Aparecen en mayor cantidad en las células de las hojas.
Ubicación y prevalencia de los cloroplastos •
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Los cloroplastos se encuentran principalmente en las células del mesófilo, en las hojas. Cada célula del mesófilo contiene 30-40 cloroplastos. Las hojas tienen alrededor de 500 mil cloroplastos por milímetro cuadrado de superficie.
Estructura •
Tiene tres membranas:
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externa, interna y del
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tilacoide.
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Tiene tres compartimientos:
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espacio inter-membrana,
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espacio del tilacoide y estroma.
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Grana = “Pilas” de tilacoides en un cloroplasto.
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Las reacciones luminosas toman lugar en las membranas del tilacoide. Las reacciones oscuras se llevan a cabo en el estroma
Microfotografía de un cloroplasto de soya
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CLOROFILA La clorofila está distribuida de manera desuniforme:
Grana: rica en clorofila Estroma: pobre en clorofila Es una molécula compleja, formada por cuatro anillos pirrólicos, un átomo de magnesio y una cadena de fitol larga (C 20H39OH).
FORMULA ESCTRUCTURAL DE LA CLOROFILA
función •
Poseer pigmentos
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Sintetizar y acumular sustancias de reserva
Se distinguen tres clases de plastos: Leucoplastos (no presentan coloración) Cromoplastos (presentan color) Cloroplastos (presentan color)
Leucoplastos Amiloplastos.- almacenan almidón Oleoplastos.- almacenan grasas o lípidos Proteoplastos.- almacenan proteínas
Cromoplastos Almacenan carotenoides responsables de colores amarillo y anaranjado de frutas y flores. Contiene xantofila y carotina
cloroplastos En función son similares a la mitocondria, esto es, proporcionan energía química a la célula, la fotosíntesis.
Tiene alto contenido de clorofila que proporciona coloración verde. Predominan en hojas y tejido verde
¿Qué es un pigmento? •
Cualquier sustancia que absorbe luz el color del pigmento es el resultado de la longitud de onda reflejada (no absorbida). Es decir el pigmento verde de las células fotosintéticas, absorbe todas los longitudes de onda y de luz visible excepto la verde la cual es reflejada y percibida por nuestros ojos.
Espectro electromagnético
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Pigmentos fotosintéticos La energía luminosa es capturada por moléculas que absorben luz (pigmentos). En las plantas hay dos tipos generales de pigmentos fotosintéticos: carotenoides y clorofilas Carotenoides consisten de anillos de carbono unidos a cadenas donde se alternan enlaces dobles y simples. Pueden absorber fotones de diferentes energías, aunque no son muy eficientes
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Clorofilas: estos pigmentos utilizan un átomo de metal (Mg), donde los fotones absorbidos excitan los electrones del átomo de magnesio.
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Existen varios tipos de clorofila identificados por pequeñas diferencias en su estructura molecular. Estas clorofilas se identifican como a, b, c, y d Las plantas superiores y algas contienen clorofila a y b en una proporción aproximada de 3:1. La clorofila c se encuentra en muchos tipos de algas marinas, acompañada de clorofila a. Las algas rojas contienen principalmente clorofila a y clorofila d.
clorifila
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Carotinoides: absorbe la longitud de onda azul y un poco en el verde estos pigmentos son percibidos por el ojo humano de color rojos amarillos o anaranjados.
Clorofila a y b: La clorofila a se encuentra en todos los casos, vinculada al centro activo de los complejos moleculares, llamados fotosistemas, que absorben la luz durante la fotosíntesis, difiere de la clorofila b en que el radical de la posición 3 del grupo tetrapirrólico es -CH3 (metilo) en lugar de -CHO (grupo funcional de los aldehídos). El pico máximo de absorción del espectro luminoso se produce a los 700 nm( nanómetros) La clorofila b; absorbe el azul y el rojo anaranjado, los pigmentos son percibidos por el ojo humano de color verde. Caracteriza a los plastos de las algas verdes y de sus descendientes las plantas terrestres (Viridiplantae). La clorofila b absorbe la máxima cantidad de luz a los 680nm
Espectro de absorción de las clorofila
El color del pigmento esta dado por la longitud de onda no absorbida (y por lo tanto reflejada)
Fotosíntesis •
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Fotosíntesis es un término que describe una serie de eventos complejos involucrando varios procesos químicos:
1.Reacciones luminosas . Genera ATP por electrones excitados mediante la luz solar. Toman lugar en presencia de luz.
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2. Reacciones oscuras . Utilizan el ATP generado para formar moléculas orgánicas a partir del CO2 atmosférico.
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Reacciones Luminosas
Reacciones obscuras
Ubicación del proceso
El proceso de las reacciones luminosas •
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1. Un fotón de luz es capturado por un pigmento. El resultado es la excitación de un electrón dentro del pigmento. 2. El electrón excitado es transferido a través de una serie de transportadores de electrones en la membrana fotosintética, hasta que llega a una bomba de protones transmembránica. Al llegar el electrón induce el transporte de un protón a través de la membrana. El electrón es transferido a un aceptor. 3. El paso de los protones provoca la síntesis del ATP
El proceso de las reacciones luminosas •
1. Un fotón de luz es capturado por un pigmento. El resultado es la excitación de un electrón dentro del pigmento.
Fotosíntesis I
Detalle de membrana de cloroplasto
Fotosistemas I y II acoplados
Fotofosforilación
El proceso de las reacciones oscuras (Fijación de carbono) •
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6CO2 + 12H2O
De la atmósfera
C6H12O6 + 6H2O + 6O2
Azúcar (Glucosa)
Oxígeno (gas) de las moléculas originales de agua
La fijación de carbono depende de la presencia de una molécula a la cual pueda adherirse el CO2. •
Dicha molécula es la ribulosa 1,5 bifosfato (RuBP)
Catalizada por RUBISCO
Fotosíntesis C3
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Resultado neto del Ciclo de Calvin Seis moléculas de CO2 y seis moléculas receptoras (RuBP) son necesarias para la producción de una molécula de glucosa, consecuentemente, se necesitan seis rondas del ciclo para producir una molécula de glucosa.
C3, C4 Y CAM La abertura de los estomas para la fijación del CO2 en la fotosíntesis implica también una pérdida de agua, lo que puede ser un problema en ambientes áridos. Para solventar lo las plantas han desarrollado adaptaciones metabólicas y anatómicas que han permitido mejorar su eficiencia del uso del agua (EUA) La EUA mide el carbono fijado por unidad de agua transpirada. Los metabolismos que abordaremos emplean distintas vías para mantener un uso eficiente del agua que determinará su eficacia biológica.
Las plantas C3 son muy competitivas en climas templados y húmedos mientras que las plantas C4 son más competitivas en climas secos con largos periodos de aridez y con baja humedad relativa. Tienen condicionada su existencia a lugares con alta intensidad lumínica y temperatura, es el precio a pagar para ser más competitivas. Las plantas CAM son muy frecuentes en climas desérticos en los que se producen condiciones extremas de altas temperaturas durante el día y de bajas temperaturas durante la noche.
Plantas de metabolismo fotosintético C3 Es el metabolismo más común entre las plantas. Anatómicamente, el mesófilo está diferenciado en esponjoso y en empalizada Este tipo de planta fijan el CO2 realizando el ciclo de Calvin, catalizado por la enzima Rubisco. Existe un proceso respiratorio no mitocondrial que consume O2 y produce CO2 estimulado por la luz, conocido como fotorrespiración. Cobra importancia en las plantas C3 porque disminuye la capacidad fotosintética: la velocidad de la fotosíntesis neta decae al fijarse menos carbono con el mismo gasto de agua. Además para compensar la pérdida de CO2 se tiende a una apertura estomática. Todo esto conlleva a una menor EUA.
Plantas de metabolismo fotosintético C4 Como adaptación a ambientes más cálido y secos, surgen nuevos metabolismos. El CO2 llega a las células mesófilas, y se fija por la enzima fosfoenolpiruvato (PEP) que tiene más afinidad por el CO2 que la Rubisco. Este CO2 se convierte en malato y aspartato que pasarán a las células de la vaina, donde se transformarán en CO2 que sigue el ciclo de Calvin. La fotorrespiración es inexistente o muy pequeña en estas plantas porque la alta concentración de CO2 en las células de la vaina impide la fotorrespiración.
C4 Esta variante del proceso de fijación confiere una EUA mayor, puesto que se fija más carbono por molécula de agua. Las plantas C4 tienen un mayor gasto energético porque requieren la producción de una enzima extra, PEP. Pero lo compensan con una mayor EUA, mayor crecimiento y eficacia en la fotosíntesis a temperaturas altas. La anatomía en corona (Kranz) característica de estas plantas incluye dos tipos de células clorofílicas: células del mesófilo y rodeando a los conductos vasculares foliares, las células de la vaina
Fotosíntesis C4
El metabolismo CAM Estas plantas carecen de una capa de células de empalizada bien definida. El metabolismo CAM difiere del C4 en que los procesos fotosintéticos muestran una separación temporal en vez de física. Constan de una fase en la que los estomas se abren durante la noche entrando CO2 y saliendo agua. El CO2 será transformado en malato por la PEP. En la fase diurna, encontramos los estomas cerrados y la reserva de malato producida por la noche se transforma en CO2 que permite el inicio del ciclo de Calvin. Las CAM al dividir el metabolismo en noche y día reducen la pérdida de agua. El flujo de salida de agua es en función de la humedad exterior. Por el día, cuando más seco está el aire, hay menor humedad relativa, mayor será la difusión de agua por transpiración. Por este motivo los estomas se mantienen cerrados y solo se abren por la noche, cuando la humedad es significativamente mayor. Esta es también otra variante del proceso de fijación de CO2 en el que se mantiene una EUA mayor por la conservación del agua, pero conlleva una menor productividad que afecta al crecimiento.
Plantas CAM •
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CAM son las siglas de Crassulacean Acid Metabolism porque fue primero estudiada en miembros de la familia de las Crasuláceas. Estas también son plantas C4, pero en lugar de segregar las rutas C4 y C3 en diferentes partes de la hoja, las separan en el tiempo. En la noche, • Las plantas CAM toman el CO2 a través de sus estomas abiertos. • El CO2 se une con la enzima PEP (Fosfoenol piruvato) para formar el ácido oxaloacético de 4 carbonos. • Este es convertido en ácido málico que se acumula durante la noche en la vacuola central de las células.
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En el día, •Los estomas se cierran, conservando así la humedad y reduciendo la difusión de oxígeno hacia el interior. •El ácido málico acumulado abandona la vacuola y es desdoblado para liberar CO2. •El CO2 es incorporado al ciclo de Calvin (C3). Estas adaptaciones permiten a estas plantas vivir en condiciones de:
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• Altas temperaturas diurnas
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• Radiación intensa
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• Baja humedad del suelo.
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www2.uah.es/.../ C3...%20CAM /Langtry,%20Martin,%20Merin o.pdf www.forest.ula.ve/~rubenhg/ fotosintesis /
