Biology capitulo10-Fotosíntesis

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Biology capitulo10-Fotosíntesis

  1. 1. Capítulo 10 FotosíntesisPowerPoint® Lecture Presentations for Biology Eighth EditionNeil Campbell and Jane ReeceLectures by Chris Romero, updated by Erin Barley with contributions from Joan SharpCopyright © 2008 Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Benjamin Cummings
  2. 2. Al final el capítulo debes poder:1. Describir la estructura del cloroplasto2. Describir la relación entre un espectro de acción y espectro de absorción3. Trazar el movimiento de electrones en una progresión lineal4. Trazar el movimiento de electrones en el flujo cíclicoCopyright © 2008 Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Benjamin Cummings
  3. 3. 5. Describir la similitudes y diferencias entre la fosforilación oxidativa en los mitocondrios y la foto-fosforilación en los cloroplastos6. Describir el papel del ATP y el NADPH en el ciclo de CalvinCopyright © 2008 Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Benjamin Cummings
  4. 4. Panorama: El proceso que alimenta la biosfera• Fotosíntesis es el proceso que convierte la energía solar en energía química• Directa o indirectamente, fotosíntesis alimenta a toda la vida en el planetaCopyright © 2008 Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Benjamin Cummings
  5. 5. • Autótrofos se sostienen ellos mismos sin tener que comer de otros organismos o derivar nada de otros• Autótrofos son productores de la biosfera, producen moléculas orgánicas a partir de CO2 y otras moléculas inorgánicas• Casi todas las plantas son foto autótrofos, usan energía de la luz solar para construir moléculas orgánicas a partir de H2O y CO2Copyright © 2008 Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Benjamin Cummings
  6. 6. Fig. 10-1
  7. 7. • Fotosíntesis ocurre en plantas, algas, ciertos protistas, y algunos procariontes• Estos organismos se alimentan no solo a si mismos si no que todo los organismos del planeta BioFlix: PhotosynthesisCopyright © 2008 Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Benjamin Cummings
  8. 8. Fig. 10-2 (a) Plants (c) Unicellular protist 10 µm (e) Purple sulfur 1.5 µm bacteria (b) Multicellular alga (d) Cyanobacteria 40 µm
  9. 9. • Heterótrofos obtienen su materia orgánica de otros organismos• Heterótrofos son los consumidores de la biosfera• Casi todos los heterótrofos, incluyéndonos, dependen de los foto-autótrofos para alimento y O2Copyright © 2008 Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Benjamin Cummings
  10. 10. Concepto 10.1: Fotosíntesis convierte la energíalumínica a energía química en alimentos• Los cloroplastos son estructuralmente similares a las bacterias fotosintéticas y probablemente evolucionaron a partir de éstasCopyright © 2008 Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Benjamin Cummings
  11. 11. Cloroplastos: Los lugares de la fotosíntesis en plantas• Las hojas son el lugar principal de fotosíntesis• El color verde se lo deben a la clorofila, el pigmento en los cloroplastos• Energía lumínica absorbida por la clorofila impulsa la síntesis moléculas orgánicas en el cloroplasto• CO2 entra y el O2 sale de la hoja a través de pequeños poros microscópicos llamados estomasCopyright © 2008 Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Benjamin Cummings
  12. 12. • Los cloroplastoss se encuentran mayormente en en las células del mesofilo, tejido interior de la hoja • Un célula típica del mesofilo tiene de 30–40 cloroplastos • La clorofila esta en las membranas de los tilacoides (sacos conectados en los cloroplastos); los tilacoides pueden estar agrupados en columnas llamadas granos • Los cloroplastos también contienen estroma, un fluido densoCopyright © 2008 Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Benjamin Cummings
  13. 13. Fig. 10-3a Leaf cross section Vein Mesophyll Stomata CO2 O2 Chloroplast Mesophyll cell 5 µm
  14. 14. Fig. 10-3b Chloroplast Outer membrane Thylakoid Intermembrane Stroma Granum Thylakoid space space Inner membrane 1 µm
  15. 15. Siguiendo los átomos a través de la fotosíntesis:una investigación científica• Fotosintesis se puede resumir con la siguiente ecuación: 6 CO2 + 12 H2O + Light energy C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2OCopyright © 2008 Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Benjamin Cummings
  16. 16. El rompimiento del agua• Los cloroplastos rompen el H2O en hidrogeno y oxigeno, incorporando electrones de hidrogeno a moléculas de azúcarCopyright © 2008 Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Benjamin Cummings
  17. 17. Fig. 10-4 Reactants: 6 CO2 12 H2O Products: C6H12O6 6 H 2O 6 O2
  18. 18. Fotosíntesis como un proceso Redox• Fotosíntesis es un proceso redox en el cual el H2O es oxidida y el CO2 es reducidoCopyright © 2008 Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Benjamin Cummings
  19. 19. Las dos etapas de fotosíntesis: Un vistazo• Fotosíntesis consiste de reacciones lumínicas y el Ciclo de Calvin PASO 2 PASO 1• Las reacciones lumínicas (ocurren en los tilacoides): – Rompimiento del H2O – Liberación de O2 – Reducción de NADP+ to NADPH – Producción de ATP a partir de ADP a través de foto-fosforilaciónCopyright © 2008 Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Benjamin Cummings
  20. 20. • El Ciclo de Calvin (ocurre en el estroma) forma azúcar a partir de CO2, usa ATP y NADPH• El Ciclo de Calvin comienza con la fijación del carbono, incorporando CO2 a moléculas orgánicasCopyright © 2008 Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Benjamin Cummings
  21. 21. Fig. 10-5-1 H2 O Light NADP+ ADP + P i Light Reactions Chloroplast
  22. 22. Fig. 10-5-2 H2 O Light NADP+ ADP + P i Light Reactions ATP NADPH El producto de las reacciónes Chloroplast lumínicas es ATP y NADPH...estos son los precursores energéticos del ciclo de calvin. Tambien otro de los O2 productos es oxígeno.
  23. 23. Fig. 10-5-3 H2 O CO2 Light NADP+ ADP + P i Calvin Light Cycle Reactions ATP NADPH Chloroplast O2
  24. 24. Fig. 10-5-4 H2 O CO2 Light NADP+ ADP + P i Calvin Light Cycle Reactions ATP NADPH Chloroplast O2 [CH2O] (sugar)
  25. 25. Concepto 10.2: Las reacciones lumínicasconvierten la energía solar a energía química enATP y NADPH• Cloroplastos son fábricas químicas que funcionan con energía solar• Sus tilacoides transforman la energía lumínica a energía química en ATP y NADPHCopyright © 2008 Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Benjamin Cummings
  26. 26. Las luz solar• La luz es una forma de energía electromagnética, también llamada radiación electromagnética• Al igual que otra energía electromagnética, la luz viaja en ondas rítmicas• El largo de onda es la distancia entre las crestas de las ondas• El largo de onda determina el tipo de energía electromagnéticaCopyright © 2008 Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Benjamin Cummings
  27. 27. • El espectro electromagnético es el la variación completa de energía electromagnética, o radiación• Luz visible consiste de largos de onda (incluyendo los que impulsan fotosíntesis) que producen los colores que vemos• La luz también se comporta como si consistiera partículas discreta, llamadas fotonesCopyright © 2008 Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Benjamin Cummings
  28. 28. Fig. 10-6 1m 10–5 nm 10–3 nm 1 nm 103 nm 106 nm (109 nm) 103 m Gamma Micro- Radio X-rays UV Infrared waves waves rays ESPECTRO ELECTROMAGNETICO Visible light 380 450 500 550 600 650 700 750 nm Shorter wavelength Longer wavelength Higher energy Lower energy
  29. 29. Pigmentos fotosintéticos : Receptores de la luz• Pigmentos son sustancias que absorben luz visible• Diferentes pigmentos absorben diferentes largos de ondas• Los largos de onda que no son absorbidos son reflejados o transmitidos• Las hojas se ven verde porque la clorofila refleja y transmite la luz verde Animation: Light and PigmentsCopyright © 2008 Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Benjamin Cummings
  30. 30. Fig. 10-7 Light Reflected light Chloroplast Absorbed Granum light Transmitted light
  31. 31. • Un espectrofotómetro mide los largos de onda que puede absorber un pigmento• Esta máquina envía luz a través del pigmento y mide la fracción de luz transmitida en cada largo de ondaCopyright © 2008 Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Benjamin Cummings
  32. 32. Fig. 10-8 TECHNIQUE White Refracting Chlorophyll Photoelectric light prism solution tube Galvanometer 2 3 1 4 The high transmittance Slit moves to Green (low absorption) pass light light reading indicates that of selected chlorophyll absorbs wavelength very little green light. The low transmittance Blue (high absorption) light reading indicates that chlorophyll absorbs most blue light.
  33. 33. • Un espectro de absorción es una grafica en donde se muestra lo que absorbe un pigmento versus largo de onda• El espectro de absorción de la clorofila a sugiere que la luz azul-violeta y roja funcionan mejor para fotosíntesis• Un espectro de acción ilustra la efectividad relativa de diferente largos de onda de radiaciónCopyright © 2008 Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Benjamin Cummings
  34. 34. Fig. 10-9 RESULTS Absorption of light by Chloro- chloroplast pigments phyll a Chlorophyll b Carotenoids (a) Absorption spectra 400 500 600 700 Wavelength of light (nm) (measured by O2 release) Rate of photosynthesis (b) Action spectrum Aerobic bacteria Filament of alga (c) Engelmann’s experiment 400 500 600 700
  35. 35. • El espectro de acción de fotosíntesis fue demostrado por primera vez en 883 por Theodor W. Engelmann• En su experimento, él expuso diferentes segmentos de algas filamentosas a diferentes largos de onda• Áreas que recibieron largos de onda favorables a la fotosíntesis produjeron exceso de O2• Él usó el crecimiento de bacterias aerobias alrededor del alga como una medida de producción de O2Copyright © 2008 Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Benjamin Cummings
  36. 36. • Clorofila a es el principal pigmento fotosintético• Pigmentos suplementarios como la clorofila b, amplían el especto usado en fotosíntesis• Pigmentos suplementarios como los carotenoides absorben la luz en exceso que podría dañar la clorofilaCopyright © 2008 Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Benjamin Cummings
  37. 37. Fig. 10-10 CH3 in chlorophyll a CHO in chlorophyll b Porphyrin ring: light-absorbing “head” of molecule; note magnesium atom at center Hydrocarbon tail: interacts with hydrophobic regions of proteins inside thylakoid membranes of chloroplasts; H atoms not shown
  38. 38. Excitación de la Clorofila• Cuando un pigmento absorbe luz, va del estado base a uno excitado, lo cual es inestable• Cuando los electrones excitados vuelven a su nivel base, fotones son liberados, se emite fluorescencia• Si iluminamos una solución de clorofila la misma va a emitir fluorescencia, produciendo luz y calorCopyright © 2008 Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Benjamin Cummings
  39. 39. Fig. 10-11 Excited e– state Energy of electron Heat Photon (fluorescence) Photon Ground Chlorophyll state molecule (a) Excitation of isolated chlorophyll molecule (b) Fluorescence
  40. 40. Un fotosistema: un centro de reacción asociado acomplejos de cosecho de luz• Un fotosistema consiste de un complejo de centro de reacción (un complejo de proteína) rodeado de complejos de cosecho de luz• Los complejos de cosecho de luz (moléculas de pigmento unidas a proteínas) canalizan la energía de los fotones al centro de reacciónCopyright © 2008 Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Benjamin Cummings
  41. 41. • Un aceptor primario de electrones en el centro de reacción acepta un electrón de la clorofila a• El primer paso es que la energía solar promueve la transferencia de un electrón de la molécula de clorofila a hacia un aceptor primario de electronesCopyright © 2008 Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Benjamin Cummings
  42. 42. Fig. 10-12 Photosystem STROMA Photon Light-harvesting Reaction-center Primary complexes complex electron acceptor Thylakoid membrane e– Transfer Special pair of Pigment of energy chlorophyll a molecules molecules THYLAKOID SPACE (INTERIOR OF THYLAKOID)
  43. 43. • Existen dos tipos de fotosistemas en la membrana tilacoide• Fotosistema II (PS II) funciona primero (los números reflejan el orden en ser descubiertos) y absorbe mejor a 680 nm• El centro de reacción de clorofila a PS II se llama P680Copyright © 2008 Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Benjamin Cummings
  44. 44. • Fotosistema I (PS I) absorbe a 700 nm• El centro de reacción chlorophyll a PS I se llama P700Copyright © 2008 Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Benjamin Cummings
  45. 45. Flujo Linear de Electrones• Durante las reacciones lumínicas, existen dos posibles rutas para el flujo de electrones: cíclico y linear• Flujo Linear de electrones, es la ruta primaria, envuelve ambos fotosistemas y produce ATP y NADPH usando energía lumínicaCopyright © 2008 Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Benjamin Cummings
  46. 46. • Un foton da en un pigmento y su energía pasa a moléculas de pigmento hasta que excita P680• Un electrón excitado de P680 es transferido a el aceptor primario de electronesCopyright © 2008 Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Benjamin Cummings
  47. 47. Fig. 10-13-1 Primary acceptor 2 e– P680 1 Light Pigment molecules Photosystem II (PS II)
  48. 48. • P680+ (P680 que le falta un electrón) es un agente oxidante bien fuerte• H2O es rota por enzimas y sus electrones son transferidos del hidrogeno a P680+, por lo tanto se reduce el P680• O2 es liberado como un producto de esta reacciónCopyright © 2008 Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Benjamin Cummings
  49. 49. Fig. 10-13-2 Primary acceptor 2 H2O e– 2 H+ + 1/ O 3 2 2 e– e– P680 1 Light Pigment molecules Photosystem II (PS II)
  50. 50. • Cada electron “cae” hacia la cadena de transporte de electrones del PS II a el PS I• Energía liberada por esta ruta crea un gradiente de protones a través de la membrana tilacoide• Difusión H+ (protones) a través de la membrana promueve la síntesis de ATPCopyright © 2008 Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Benjamin Cummings
  51. 51. Fig. 10-13-3 Ele Primary ctro 4 n tr acceptor ans por Pq t ch 2 ain H2O e– Cytochrome 2 H+ complex + 1/ O2 3 2 Pc e– e– P680 5 1 Light ATP Pigment molecules Photosystem II (PS II)
  52. 52. • En PS I (como en PS II), la energía lumínica transferida excita P700, quien pierde un electrón y lo pasa a un aceptor de electrones• P700+ (P700 que le falta un electrón) acepta un electrón que viene del PS II a través de la cadena de transporte de electronesCopyright © 2008 Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Benjamin Cummings
  53. 53. Fig. 10-13-4 Primary Ele acceptor Primary ctro 4 n tr acceptor ans por Pq t ch e– 2 ain H2O e– Cytochrome 2 H+ complex + 1/ O2 3 2 Pc e– e– P700 P680 5 Light 1 Light 6 ATP Pigment molecules Photosystem I (PS I) Photosystem II (PS II)
  54. 54. • Cada electrón “cae” a través de la cadena de transporte de electrones de un aceptor primario del PS I a la proteína ferredoxina (Fd)• Los electrones son transferidos a NADP+ y se reduce a NADPH• Los electrones del NADPH estarán disponibles para las reacciones del ciclo de CalvinCopyright © 2008 Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Benjamin Cummings
  55. 55. Fig. 10-13-5 E tra lect n ro ch spo n Primary ain rt Ele acceptor Primary ctro 4 7 n tr acceptor ans Fd por Pq t ch e– 2 ain e– – 8 H2O e– e NADP+ Cytochrome 2 H+ NADP+ + H+ complex + reductase 1/ O 3 NADPH 2 2 Pc e– e– P700 P680 5 Light 1 Light 6 ATP Pigment molecules Photosystem I (PS I) Photosystem II (PS II)
  56. 56. Fig. 10-14 e– ATP e– e– NADPH e– e– e– Mill n Photo makes ATP e– Photon Photosystem II Photosystem I
  57. 57. Flujo Cíclico de Electrones• flujo Ciclico de electrones usa solamente el fotosistema I y produce ATP, pero no NADPH• Genera suficiente ATP, que satisface la demanda del ciclo de CalvinCopyright © 2008 Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Benjamin Cummings
  58. 58. Fig. 10-15 Primary Primary acceptor Fd acceptor Fd Pq NADP+ NADP+ + H+ reductase Cytochrome NADPH complex Pc Photosystem I Photosystem II ATP
  59. 59. • Algunos organismos como las bacterias que usan azufre (purple sulfur bacteria) tienen PS I pero no el PS II• El flujo Cíclico de electrones se considera evolucionó primero que el linear• Flujo Cíclico de electrones puede proteger la célula de daño inducido por la luzCopyright © 2008 Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Benjamin Cummings
  60. 60. Una Comparación entre quimiosmosis enCloroplastos y Mitocondrios• Cloroplastos y mitocondrios generan ATP por quimiosmosis, pero usan fuentes diferentes de energía• Mitocondrios transfieren energía química de los alimentos al ATP; cloroplastos transforman energía lumínica a energía quimica en ATP• Organización espacial de la quimiosmosis difiere entre cloroplastos y mitocondrios pero tienen similitudesCopyright © 2008 Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Benjamin Cummings
  61. 61. • En los mitocondrios, los protones son bombeados al espacio inter-membránico y esto dirige la síntesis de ATP según los protones se mueven nuevamente a la matriz• En cloroplastos, los protones son bombeados al espacio del tilacoide (lumen) y esto dirige la síntesis de ATP según los protones se mueven nuevamente al estromaCopyright © 2008 Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Benjamin Cummings
  62. 62. Fig. 10-16 Mitochondrion Chloroplast MITOCHONDRION CHLOROPLAST STRUCTURE STRUCTURE H+ Diffusion Intermembrane Thylakoid space space Electron Inner Thylakoid transport membrane chain membrane ATP synthase Matrix Stroma Key ADP + P i ATP Higher [H+] H+ Lower [H+]
  63. 63. • ATP y NADPH son producidos en el lado que mira hacia el estroma, donde el ciclo de Calvin ocurreCopyright © 2008 Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Benjamin Cummings
  64. 64. Fig. 10-17 STROMA (low H+ concentration) Cytochrome Photosystem II Photosystem I complex 4 H+ Light NADP+ Light reductase Fd 3 NADP+ + H+ Pq NADPH e– Pc e– 2 H2O THYLAKOID SPACE 1 1/ 2 O2 (high H+ concentration) +2 H+ 4 H+ To Calvin Cycle Thylakoid membrane ATP synthase STROMA ADP (low H+ concentration) + ATP Pi H+
  65. 65. Concepto 10.3: ciclo de Calvin usa ATP y NADPHpara convertir CO2 a azúcar• El ciclo de Calvin, como el ciclo del ácido cítrico, regenera su material incial luego que moléculas entran y salen del ciclo• El ciclo construye azúcar a partir de moléculas pequeñas usando ATP y el poder reductor de los electrones cargados por el NADPHCopyright © 2008 Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Benjamin Cummings
  66. 66. • Carbono entra al ciclo como CO2 y termina como azúcar llamada glyceraldehido-3-fosfat (G3P)• Para una síntesis neta de 1 G3P, el ciclo tiene que ocurrir tres veces, fijando 3 moléculas de CO2• El ciclo de Calvin tiene tres fases: – fijación de Carbon (catalizada por rubisco) – Reducción – Regeneración del aceptor del CO2 (RuBP)Copyright © 2008 Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Benjamin Cummings
  67. 67. Fig. 10-18-1 Input 3 (Entering one at a time) CO2 Phase 1: Carbon fixation Rubisco 3 P P Short-lived intermediate 3P P 6 P Ribulose bisphosphate 3-Phosphoglycerate (RuBP)
  68. 68. Fig. 10-18-2 Input 3 (Entering one at a time) CO2 Phase 1: Carbon fixation Rubisco 3 P P Short-lived intermediate 3P P 6 P Ribulose bisphosphate 3-Phosphoglycerate (RuBP) 6 ATP 6 ADP Calvin Cycle 6 P P 1,3-Bisphosphoglycerate 6 NADPH 6 NADP+ 6 Pi 6 P Glyceraldehyde-3-phosphate Phase 2: (G3P) Reduction 1 P Glucose and Output G3P other organic (a sugar) compounds
  69. 69. Fig. 10-18-3 Input 3 (Entering one at a time) CO2 Phase 1: Carbon fixation Rubisco 3 P P Short-lived intermediate 3P P 6 P Ribulose bisphosphate 3-Phosphoglycerate (RuBP) 6 ATP 6 ADP 3 ADP Calvin Cycle 6 P P 3 ATP 1,3-Bisphosphoglycerate 6 NADPH Phase 3: Regeneration of 6 NADP+ the CO2 acceptor 6 Pi (RuBP) 5 P G3P 6 P Glyceraldehyde-3-phosphate Phase 2: (G3P) Reduction 1 P Glucose and Output G3P other organic (a sugar) compounds
  70. 70. La Importancia de fotosíntesis: un repaso• La energía que entra a los cloroplastos como luz solar se almacena como energía química en compuestos orgánicos• Azúcares que se fabrican en los cloroplastos suplen energía química y “esqueletos de ” carbono para sintetizar moléculas orgánicas en las células• Las plantas almacenan el exceso de azúcar como almidón en estructuras como las raíces, tubérculos, semillas y frutas• Además de producir alimentos la fotosíntesis produce O2 para la atmósferaCopyright © 2008 Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Benjamin Cummings
  71. 71. Fig. 10-21 H 2O CO2 Light NADP+ ADP + P i Light RuBP Reactions: 3-Phosphoglycerate Photosystem II Calvin Electron transport chain Cycle Photosystem I Electron transport chain ATP G3P Starch NADPH (storage) Chloroplast O2 Sucrose (export)
  72. 72. Fig. 10-UN1 H 2O CO2 El ec tr El Primary on ec ch tr tr acceptor Primary on ai an n sp acceptor ch tr Fd or ai an t n sp NADP+ H2O Pq or t NADP+ + H+ reductase O2 Cytochrome NADPH complex Pc Photosystem I ATP Photosystem II O2
  73. 73. Fig. 10-UN2 3 CO2 Carbon fixation 3 5C 6 3C Calvin Cycle Regeneration of CO2 acceptor 5 3C Reduction 1 G3P (3C)
  74. 74. Fig. 10-UN3 pH 7 pH 4 pH 4 pH 8 ATP
  75. 75. Fig. 10-UN4
  76. 76. Fig. 10-UN5

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