Fotosíntesis I PDF

Fotosíntesis I Visión global. Origen y evolución de la fotosíntesis Naturaleza de la luz Pigmentos. Absorción de Luz Fotosistemas Flujo fotosintético de electrones Síntesis de ATP  Bloques temáticos 1) Visión general. Naturaleza de la luz. Pigmentos. Análisis multiespec...

Fotosíntesis I Visión global. Origen y evolución de la fotosíntesis Naturaleza de la luz Pigmentos. Absorción de Luz Fotosistemas Flujo fotosintético de electrones Síntesis de ATP  Bloques temáticos 1) Visión general. Naturaleza de la luz. Pigmentos. Análisis multiespectral. 2) Fotosíntesis (I): estructura del aparato fotosintético. Fotosistemas. Reacciones lumínicas. 3) Fotosíntesis (II): Reacciones de fijación de carbono. 4) Fotorrespiración (Plantas C3) 5) Mecanismos concentradores de carbono: plantas C4 y CAM 6) Aspectos ambientales. Plantas de Sol- Plantas de Sombra.  Visión global FOTOSÍNTESIS Proceso de oxido-‐reducción inducido por luz hν OXIDACIÓN 2H2A ➔ 2A + 4 e-‐ + 4H+ hν REDUCCIÓN CO2 + 4 e-‐ + 4 H+ ➔ (CH2O) + H2O hν ECUACIÓN GENERAL: CO2 + 2H2A ➔ (CH2O) + H2O + 2A hν Fotosíntesis ANOXIGÉNICA: CO2 + 2H2S ➔ (CH2O) + H2O + 2S hν Fotosíntesis OXIGÉNICA: CO2 + 2H2O ➔ (CH2O) + O2  Visión global Fotosíntesis Eucariota_Cloroplasto Chloroplasts dividing within an enlarging cell of a young spinach leaf, resulting in about 200 Structure of a chloroplast chloroplasts per cell at leaf maturity © 2010. Nature EducaAon (Nomarski optics). (Light micrograph courtesy John Possingham). Plants in action A mature and functional chloroplast in an immature leaf of bean (Phaseolus vulgaris) with an extensive network of photosynthetic membranes (thylakoids), parts of which are appressed into moderate granal stacks, and suspended in a gel- like matrix (stroma). The chloroplast contains a pair of starch grains (S) encapsulated in a double membrane (envelope) and suspended within a granular cytoplasmic matrix adjacent to a mitochondrion (M) and in close proximity to the cell wall (CW). Scale bar = 1 µm. (Transmission electron micrograph courtesy Stuart Craig and Celia Miller, CSIRO Plant lndustry, Canberra). Plants in action  Visión global Fotosíntesis Eucariota_Cloroplasto  Visión global Separación espacial: Fotosíntesis = Reacciones de Transducción de Energía + Reacciones Fijación de Carbono  Origen y evolución de la fotosíntesis Evolución de la Fotosíntesis Lawlor, 1993  Fotosíntesis I Visión Global. Origen y evolución de la fotosíntesis Naturaleza de la luz Pigmentos. Absorción de Luz Fotosistemas Flujo fotosintético de electrones Síntesis de ATP  Naturaleza de la luz: Naturaleza de la luz onda y partícula Hart JW, 1988 La luz se propaga en forma de partículas discretas: fotones. Cada fotón contiene una cantidad de energía: cuanto. La energía (E) de un cuanto es el producto de la constante de Planck (h = 6.626 x 10-34 J s) por la frecuencia (ν): E = h ν. La frecuencia es inversamente proporcional a la longitud de onda: ν = c/λ Siendo c la velocidad de luz (c = 2,998 x 108 ms-‐1) Por tanto, E = h ν = hc/λ “la energía ( E ) asociada a cada fotón es inversamente proporcional a la longitud de onda (λ)”  Naturaleza de la luz hrp://www.mimagnetoterapia.com/espectro-‐electromagnetico “Photosynthetic Active Radiation” (PAR) Naturaleza de la luz  Fotosíntesis I Visión Global. Origen y Evolución de la Fotosíntesis Naturaleza de la luz Pigmentos. Absorción de Luz Vías de disipación de la energía Fotosistemas Flujo fotosintético de electrones Síntesis de ATP  Pigmentos. Absorción de luz Pigmentos Fotosintéticos CLOROFILAS Anillo tetrapirrólico (porfirina) Zona de absorción de energía lumínica Cadena de fitol Zona de anclaje a la membrana Clorofila a Clorofila b Bacterioclorofila a Clorofila c (distintos grupos en anillo II, sin cadena de fitol) Clorofila d (grupo –COH en anillo I)  Pigmentos. Absorción de luz Espectro de absorción: Clorofilas “Huella Dactilar” de los pigmentos Buchanan et al., 2000 Cuantificación de pigmentos (Ecuaciones de Hipkins & Baker) Clorofila a → Cla (μg mL-1) = 12.7 x A(663) – 2.69 x A(645) Clorofila b → Clb (μg mL-1) = 22.9 x A(645) – 4.86 x A(663) Clorofilas totales → Cl_Total (μg mL-1) = 20.2 x A(645) + 8.02 x A(663) Carotenos → Carotenos (μg mL-1) = 10 x A(480) Edward & Walker. 1983. C3,C4  Pigmentos. Absorción de luz Espectro de acción para la fotosíntesis Alga Spirogyra Engelmann, 1882  Pigmentos. Absorción de luz Espectro de acción para la fotosíntesis  Pigmentos. Absorción de luz CAROTENOIDES β-caroteno Sin Oxígeno: Carotenos α-caroteno Carotenoides Luteína Violoxantina Con Oxígeno: Anteraxantina Xantofilas Zeaxantina Neoxantina Fotoprotectora Función: Pigmento accesorio Ciclo de las xantofilas  Pigmentos. Absorción de luz FICOBILINAS Ficoeritrina: 530-570 nm Ficocianina: 610-660 nm  Pigmentos. Absorción de luz Absorption spectra of some photosynthetic pigments  Pigmentos. Absorción de luz Composición Pigmentaria Fotosíntesis Oxigénica Blankenship. 2002 Molecular Mechanisms ofPhotosynthesis Clorofilas Carotenoides Ficobilinas Organismo a b c d Plantas + + + Algas Verdes + + + Diatomeas + + + Dinoflagelados + + + Algas Pardas + + + Algas Rojas + + + + Cianobacterias + + (*) + (*) + (*) + + * Sólo algunas especies Pigmento En todos los organismos universal fotoautotótrofos oxigénicos hay alguno  Pigmentos. Absorción de luz Los pigmentos cambian el estado de energía de sus electrones al absorber o emitir luz Chl a* hν hν Chl a A) Diagrama de niveles de B) Espectros de absorción y energía electrónica de emisión fluorescente  Pigmentos. Absorción de luz Calor Vías de disipación de la energía de los Fluorescencia pigmentos Transferencia resonante de energía Reacción fotoquímica (Fotosíntesis): Implica transferencia del electrón hν NASA diagram of a chloroplast It is actually possible to see photosynthesis happening from space! NASA, Jul 2012