Clase - ABSORCIÓN Y MOVIMIENTO DEL AGUA, ABSORCIÓN DE NUTRIENTES FOTOSÍNTESIS PDF

1. ABSORCIÓN Y MOVIMIENTO DEL AGUA 2. ABSORCIÓN DE NUTRIENTES 3. FOTOSÍNTESIS 1. A B S O RC I Ó N Y M OV I M I E N TO D E L AG UA  Movimiento del agua en el sistema suelo-planta-atmósfera El agua es un compuesto muy peculiar. - Líquida a temperatura ambiente (a diferencia de...

1. ABSORCIÓN Y MOVIMIENTO DEL AGUA 2. ABSORCIÓN DE NUTRIENTES 3. FOTOSÍNTESIS 1. A B S O RC I Ó N Y M OV I M I E N TO D E L AG UA  Movimiento del agua en el sistema suelo-planta-atmósfera El agua es un compuesto muy peculiar. - Líquida a temperatura ambiente (a diferencia de los hidruros de los no metales: Sulfuro de hidrógeno (H2S) Amoníaco (NH3) - Moléculas son polares y forman puentes de hidrógeno entre sí (cohesión) Cohesión de las moléculas de agua hace que se necesite una cantidad de energía muy elevada para provocar la evaporación  IMPORTANCIA DEL AGUA  80-95% del MF en tejidos activos  15-20% del MF en tejidos en letargo  Medio donde ocurren las reacciones bioquímicas  Hidratación de moléculas orgánicas  Solvente  Transporte  Presión de turgencia  Control de crecimiento y desarrollo  Regulación térmica E L AG UA E N L A S P L A N TA S S E P U E D E ENCONTRAR EN LAS SIGUIENTES FORMAS: Unida: como en las superficies en interacción con cargas electrostáticas. Libre: como en el xilema, floema, vacuola, etc. La capacidad de las moléculas de agua para moverse en un sistema particular se define como potencial hídrico (Ψ), que es una medida de la energía libre del agua en el sistema  COMPONENTES DE w  w = S + P + m + g Gravedad Matriz Potencial de presión o pared Potencial osmótico  ALGUNOS VALORES DE w w = 0 MPa Agua Pura (Por definición) w = 0 a -1 MPa En planta/célula en condiciones normales w = -1 a -2 MPa En planta/célula en condiciones medias de estrés hídrico w = org. C FOTOSISNTESIS (PROCESO COMPLETO) Etapas dependiente y no dependiente de la luz ETAPAS DEPENDIENTES DE LA LUZ Tomado de: Spectrum Technologies, Inc NANOMETROS TERMINO EFFECTOS ULTRAVIOLETA Poca influencia en procesos morfogenéticos y fisiológicos, blanquea colores, causa quemaduras y 280-315 causa esporulación de algunos hongos ULTRAVIOLETA Poca absorción por la clorofila,, influye en el AZUL fotoperiodismo, inhibe el alargamiento celular, 315-400 quemaduras, y causa esporulación de algunos hongos AZUL Alta absorción por la clorofila y carotenoides, mucha 400-520 influencia en la fotosíntesis. 520-610 VERDE Baja absorción por los pigmentos ROJO Absorción por la clorofila, mucha influencia en la fotosíntesis y en el fotoperiodismo, bloqueo podría 610-750 reducir estiramiento ROJO LEJANO Baja absorción, estimulación del alargamiento celular, influencia floración y germinación, bloqueo podría 750-1000 reducir estiramiento INFRARROJO CALOR. Energía absorbida es convertida en calor. 1000 + Carotenoides: lipidos isoprenoides= Carotenos (40 atomos de C) (alfa y Beta caroteno) (+ abundantes en los fotosistemas) Xantofilas (con grupo oxigenado) luteína, zeaxantina. (violaxantina en el membrana del cloroplasto). (anaranjado-amarillos). (+ abundantes en antenas) Función: protección del aparato fotosensible (mecanismos de disipación y extinción de E). Los pigmentos fotosintéticos en conjunto capturan energía de un amplio espectro. Clorofila a absorbe más a luz violeta y 660 nm. Clorofila b absorbe más luz el azul y a 643 nm. Espectros de absorción de carotenos y clorofilas. Pigmentos se excitan, por periodos cortos y la energía puede ser liberada por tres vías principales: 1- por calor, 2- por fluorescencia, (luz roja) 3- fotosintesis. La luz azul es menos eficiente energéticamente. Primera fase de la fotosintesis: Transporte de electrones: Macro-Complejos fotosinteticos: 1-Complejo Fotosistema 2= Fotosistema 2 + LHC 2 2-Complejo Fotosistema 1 = Fotosistema 1 + LHC 3 3-Complejo citocroma b6f. Complejo conector entre FS1 y FS2 4-Complejo ATP sintetasa Los tres primeros ejecutan transferencia electrónica y la transf. protónica. Los primeros podrian definirse como sistemas capaces de absorber y transformar la energia fotonica en energia electroquimica redox. LHC2 y LHC 1 son las antenas  Estructura del Cloroplasto Pigmento fotosintéticos Membrana del Tilacoides (oxidar el agua y formar ATP y NADPH), Espacio Lumen del Intermembrana tilacoide Granum (pila de tilacoides) Control entrada y salida de sustancias Las enzimas usan el CO2 thȳlako- θύλακος gr. 'bolsa' + -eid(és) para producir -ειδ-ής/-ές gr. 'que tiene el aspecto de carbohidratos,. bolsa'] Organización del tilacoide Esquema Z: Al representar el potencial redox de cada transición, aparece un esquema tipo Z invertida, donde los dos flechas hacia arriba son los saltos energéticos en los elementos P. Las demás reacciones son espontáneas, pues liberan energía (= son reacciones exergónicas). El flujo es lineal, a veces puede ser cíclico (Fosforilación cíclica): No se llega a NADP+. Se reconecta hacia atrás Funcion: obtener ATP sin producir poder redutor NADPH. Pasando electrones del estroma al lumen por medio del Cit B6 y el pool de quinonas. Los fotosistemas: son organizaciones de pigmentos y proteínas.  Distribución de los fotosistemas El centro de reacción del fotosistema II, con sus antena y proteínas está localizado fundamentalmente en los tilacoides granales. El fotosistema I se encuentra mayormente en los tilacoides estromales. La ATP sintasa es abundante en los tilacoides estromales. Los citocromos b6/f se encuentra tanto en los tilacoides granales como en los estromales. Transfertencia de electrones. Introdución de H+ al lumen ATP-sintasa La síntesis de ATP en el complejo CF1 tiene lugar por cambios conformacionales al girar el canal CF0 por el paso de H+  Fotón Estroma 3H+ Fotón Lumen Tilacoide 3H+ Fotofosforilación no cíclica Fotofosforilación cíclica  La fase Bioquímica de la fotosíntesis Andrew Benson 24 septiembre 1917-enero Melvin Calvin: abril 2015 de 1911- junio de 1997. James Bassham 26 nov 1922- 19 nov 2012 La síntesis de almidón y sacarosa Almidón se produce en cloroplastos y sacarosa en citoplasma Control del ciclo de Calvin Puede ser a nivel enzimático, de sustratos, de sustancias intermediarias o bien por factores ambientales. Entre los factores ambientales más críticos está la luz, que controla la acción de varias enzimas. Control general de la Rubisco a-Control por el sistema Ferredoxina-tiorredoxina Activación por carbamilación CO2 CO2 FOTOSINTESIS FOTORRESPIRACION O2 O2 Fotorrespiración MECANISMOS PARA CONCENTRAR CO2 - Plantas con Ciclo C4 - Plantas con Ciclo CAM  Ciclo Hatch y Slack o C4 Descubierto en caña de azúcar y maíz por los australianos M.D. Hatch y C.R. Slack, 1966. Encontrado en varias familias de monocotiledóneas y dicotiledóneas. Generalmente tropicales, entre ellas: Amaranthaceae Aizoaceae Chenopodiaceae Compositeae Cyperaceae Euphorbiaceae Poaceae Nyctaginaceae Portulacaceae Zigophyllaceae Orchidaceae Aproximadamente 7000 especies 5000 hierbas  Anatomía de Kranz PEP carboxilasa es citosólica DIFERENCIAS ENTRE CLOROPLASTOS DE MESÓFILO Y VAINA 1- Cloroplastos de mesófilo tienen gran cantidad de tilacoides granales. Se especializan en fase lumínica 2- Los cloroplastos de la vaina carecen de grana y tienen pocos tilacoides. Se especializan más en la fase bioquímica. 3- Los cloroplastos de la vaina son más grandes que los del mesófilo. 4- Los tilacoides de los cloroplastos de la vaina carecen del fotosistema II, estando incapacitados para llevar a cabo la fotofosforilación no cíclica. FOTOSINTESIS METABOLISMO CAM  Ciclo de CAM Es común en plantas desérticas y muchas epífitas. Entre ellas están: cactáceas orquídeas bromeliácea s (piña).  PLANTAS CAM NOCHE NOCHE pH 5.5 5.0 pH 4.5 4.0 [ ] / peso fresco 200 MALATO 100 10 20 30 40 50  Dos tipos extremos de plantas CAM: CAM reciclado: Estomas cerrados en la noche Síntesis de ácidos nocturnos a partir de CO2 respiratorio Estomas abiertos de día y efectuando C3 directo y descarboxilacion desde ácidos nocturnos. “Idling” CAM (CAM vago) Estomas siempre cerrados El ciclo de ácidos es alimentado por CO2 respiratorio reciclado CONSIDERACIONES ECOLOGICAS EN CONSIDERACION A LOS DIFERENTES MECANISMOS DE ASIMILACION DE CO2 Las C4 tienen mayor capacidad de producción de materia orgánica que las C3 ya que no poseen fotorespiración Las C4 tienen mayor capacidad competitiva en climas calidos y secos que las C3, ya que hacen un uso más eficiente del agua, tienen mayor capacidad fotosintética, menor dependencia térmica y no se saturan de luz  Las C3 son menos eficientes en condiciones de escaso suministro de agua pues los estomas se cierran y ellas no presentan un mecanismos concentrador de CO2 interno. Las C3 tienen ventajas sobre las C4 en climas fríos ya que sus temperaturas optimas para crecimiento (20-25ºC) y fotosíntesis (15-25ºC) son menores que para las C4 Las C3 son más eficientes fotosinteticamente en lugares sombreados que las C4 pues su punto de compensación de luz es menor. Las CAM ocupan hábitat áridos y desérticos excluyentes para C3 y C4 por que fijan el CO2 en las noches Algunos factores que afectan la Fotosíntesis LA RESPUESTA DE LA FOTOSINTESIS A LA RADIACION SEGUN TIPO DE PLANTA Intensidad de luz Problemas con el exceso de luz Exceso de luz puede provocar daños al aparato fotosintético. Fotoinhibición: la inhibición de la fotosíntesis causada por el exceso de radiación  COMPARANDO PLANTAS DE SOL Y DE SOMBRA PLANTAS DE SOL - Hojas pequeñas, ya que con menos superficie se consigue un gran aporte de energía. - Gran densidad de estomas, puesto que una de sus funciones es la refrigeración y el mantenimiento de la temperatura. - Parénquimas gruesos. - Pocos cloroplastos y pocos tilacoides apilados. - Menor nº de pigmentos antena. - El N se emplea para la síntesis de rubisco. - Clorofila a/b = 4,5 -Clorofila/proteína soluble = baja PLANTAS DE SOMBRA - Hojas grandes. - Poca densidad de estomas. - Parénquimas finos. - Muchos cloroplastos y muchos tilacoides apilados. - Más cantidad de pigmentos antena. - El N se emplea para la síntesis de pigmentos. - Clorofila a/b = 2,5 -Clorofila/proteína soluble =alta  Característica Sol Sombra Grosor de hoja Gruesa Delgada Masa seca foliar por área Alta Baja Parénquima empalizada Grueso Delgado Grosor de parénquima Similar Similar esponjoso Densidad estomática Alta Baja Cloroplastos por área Muchos Pocos Cantidad de tilacoides por Baja Alta volumen de estroma Tilacoides por granum Pocos Muchos Aspecto Sol Sombra Cantidad de clorofila por cloroplasto Baja Alta Cantidad clorofila por área Similar Similar Cantidad de clorofila por masa seca Baja Alta Proporción de clorofila a/b Alta Baja LHC por área Baja Alta Factor de acoplamiento por área Alta Baja Cantidad de RUBISCO por área Alta Baja Cantidad de xantófilas por área Alta Baja Cantidad de nitrógeno por área Alta Baja Característica Sol Sombra Capacidad fotosintética por área Alta Baja Respiración oscura por área Alta Baja Capacidad fotosintética por materia Similar Similar seca Respiración oscura por materia Similar Similar seca Capacidad de carboxilación por área Alta Baja Capacidad de transporte Alta Baja electrónico por área Cada especie se adapta a vivir en un intervalo de temperaturas. La mejor temperatura es cerca de los 30ª si esta se sobrepasa y llega a 40ª o más, la fotosíntesis se reduce Temperatura en grados Cº