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FISIOLOGIA VEGETAL - LUIS ROSSI
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Nivel
de
Energía
CO2 + H20
C6H1206 + O2
Reacción simplificada
6CO2 + 6H20 C6H12O6 + 6O2
luz
clorofila
ENERGIA DE LA LUZ
FOTOSINTESISFOTOSINTESIS
FISIOLOGIA VEGETAL - LUIS ROSSI
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FOTOSINTESISFOTOSINTESIS TIPOSTIPOS
• a) Fotosíntesis oxigénica: se produce oxígeno.
• Es el tipo más general.
• Ocurre en plantas superiores y algas verdes, las cuales son eucarióticas y algunos procariótes, principalmente las cianobacterias.
• b) Fotosíntesis anoxigénica: no se produce oxígeno.
• Ocurre sólo en procariotes del tipo de las bacterias verdesulfurosas y purpurasulfurosas.
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FLUJO DE ENERGIAFLUJO DE ENERGIA
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FLUJO DE ENERGIAFLUJO DE ENERGIA• La energía del Sol, llega a la Tierra en forma de luz, u otras formas
de radiación.
• Del 100 % del total de radiación solar incidente sólo una pequeña fracción es captada por las hojas de las plantas verdes.
• Del total de energía solar que llega a la Tierra que equivale a 3,000x1021 julios(J) por año; la biosfera capta mediante la fotosíntesis, sólo una milésima parte, o sea unos 3x1021 J por año.
• El CO2 fijado por la fotosíntesis se estima en 200,000 millones de toneladas de carbono al año. Solamente la décima parte es fijada por las plantas terrestres, el resto lo fijan las algas y microorganismos que prosperan en el mar cerca de la superficie.
• El O2 generado por la fotosíntesis es suficiente para renovar todo el O2 de la atmósfera cada 2,000 años.
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FLUJO DE FLUJO DE ENERGIAENERGIA
• Rango total de longitud de onda() de radiación electromagnética a partir de los rayos cósmicos de onda corta a las ondas de radio de onda larga.
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FLUJO DE ENERGIAFLUJO DE ENERGIA• La luz visible (LV) es un pequeño sector del espectro. La de la LV oscila
a partir del rango cercano a 400 hasta cerca a los 700 nm.• A por debajo de 380 nm del espectro electromagnético, la energía es
conocida como radiación ultravioleta(UV). A más cortas, están los rayos X (10 a 0.1nm), los rayos (0.1 a 0.001nm) y los rayos cósmicos (<0.001nm).
• En el otro extremo del espectro, la energía por encima de 760 nm se conoce como radiación infraroja (760nm a 0.01cm), luego están las microondas(0.01cm a algunos cms) y las ondas de radio (de algunos cms a >100m).
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FLUJO DE ENERGIAFLUJO DE ENERGIA• La energía que proporciona una mol de fotones en la
región del infrarojo, o la región de las microondas o de las ondas de radio es muy pequeña para ser utilizada en los tipos de eventos fotoquímicos que ocurren en la fotosíntesis.
• Por otro lado la luz UV y los rayos X poseen demasiada energía que provoca un daño en las proteínas y ácidos nucléicos e induce mutaciones que casi siempre son letales.
• Por lo tanto sólo la región de la luz visible puede ser usada en el proceso fotosintético.
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LUZ VISIBLELUZ VISIBLE• Es una forma de radiación electromagnética.• Se caracteriza por su . • Constituída por un haz de fotones que tienen un
desplazamiento ondulatorio en el espacio.• La energía de los fotones depende de la por lo tanto
cada fotón tiene una cantidad de energía definida.
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LUZ VISIBLELUZ VISIBLE
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CLOROPLASTOSCLOROPLASTOSESTRUCTURA INTERNAESTRUCTURA INTERNA
• Al M. electrónico:
• - envoltura con 2 membranas una externa y otra interna
• - tilacoides o sacos aplanados de una membrana interna; se agrupan en pilas de 8 a 10 tilacoides formando la grana.
• En un cloroplasto : de 40 a 60 granas.
• Pueden aparecer separados como en las plantas de maíz, caña de azúcar o algas rojas: cloroplastos sin grana.
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CLOROPLASTOCLOROPLASTO
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CLOROPLASTOCLOROPLASTO
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CLOROPLASTOSCLOROPLASTOSESTRUCTURA INTERNAESTRUCTURA INTERNA
• Las membranas del cloroplastos determinan 2 espacios:
• 1) el espacio intermembrana
• 2) el espacio intratilacoide Ambos espacios están separados, salvo en el momento de diferenciación del cloroplasto a partir de un proplastidio.
• -el estroma formado por una sustancia la cual rodea a diversas estructuras como, plastoglóbulos granos de almidón, fibrillas de ADN y platorribosomas.
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CLOROPLASTOS:CLOROPLASTOS:MEMBRANA DEL TILACOIDEMEMBRANA DEL TILACOIDECOMPOSICION QUIMICA :COMPOSICION QUIMICA :
• PROTEINAS: 50%. Tipos:
• a)Complejos clorofila-proteína :Fotosistemas y antenas colectoras de luz.
• b)Constituyentes de la cadena fotosintética de transporte de e-:
• i)Transportadores sólo de e-: metaloproteínas:
• - Citocromo f - Citocromo b6 ó b563
• - Ferredoxina
• ii)Transportadores de protones y e-:
• - Plastoquinona
• - Complejo Ferredoxina NADP+ reductasa
• c) ATP sintetasa
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CLOROPLASTOS:CLOROPLASTOS:MEMBRANA DEL TILACOIDEMEMBRANA DEL TILACOIDE
COMPOSICION QUIMICACOMPOSICION QUIMICA
• LIPIDOS: 38%.• Hay 5 clases: el MGDG ( 50%), el DGDG, SQDG, PG
y PC.
• PIGMENTOS: 12%.• Tienen la propiedad de absorber la energía
lumínica gracias a sus dobles enlaces conjugados.• A nivel de plantas superiores son de 2 tipos:• Clorofilas• Carotenoides
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CLOROPLASTOS:CLOROPLASTOS:MEMBRANA DEL TILACOIDEMEMBRANA DEL TILACOIDE
COMPOSICION QUIMICA :COMPOSICION QUIMICA :• -CLOROFILAS:10%.
Son complejos de porfirinas-Mg.
• Tipos: a,b,c y d.• Formadas por un núcleo
porfirínico tetrapirrólico con un átomo de Mg en el centro; presentan una cadena hidrocarbonada de fitol embebida en la membrana del tilacoide.
Mg
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CLOROPLASTOS:CLOROPLASTOS:MEMBRANA DEL TILACOIDEMEMBRANA DEL TILACOIDECOMPOSICION QUIMICA :COMPOSICION QUIMICA :• - CAROTENOIDES: 2%. • Pueden ser de color amarillo o
anaranjado. • Tipos: Los carotenos y las xantófilas.• El más abundante es el ß-caroteno • Función:• colector de la energía luminosa, y• protegen a la clorofila contra la
fotooxidación por el O2.
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FASES DE LA FOTOSINTESISFASES DE LA FOTOSINTESIS
FASE LUMINOSA
2H20 O2 ADP + Pi ATP
NADP+ NADPH + H+
TILACOIDE
FASE OSCURA
C14O2 + ATP + NADPH + H+
C14H20 + ADP + NADP+
ESTROMA
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FASES DE LA FOTOSINTESISFASES DE LA FOTOSINTESIS• Comprende 2
fases:• La fase
luminosa que se lleva a cabo a nivel de las membranas de los tilacoides y
• La fase oscura que se lleva a cabo a nivel del estroma.
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FASES DE LA FOTOSINTESISFASES DE LA FOTOSINTESIS
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FASE FASE LUMINOSALUMINOSA
• Participan:
• Fotosistema I (anoxigénico): localizado en las membranas no apiladas del tilacoide.
• Fotosistema II (oxigénico): localizado en las membranas apiladas del grana.
• Complejo citocromo b/f : localizado tanto en las regiones apiladas y no apiladas de la membrana del tilacoide.
• Los FS catalizan la conversión de la E luminosa, capturada por la clorofila hacia formas que puedan ser usadas por las plantas.
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FASE LUMINOSAFASE LUMINOSA• Los FS absorben luz a diferentes . • Cada FS es un complejo formado por alrededor de 300
moléculas de clorofila, carotenoides, citocromos y proteínas transportadoras formando los complejos antena.
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FASE LUMINOSAFASE LUMINOSA• Cada FS contiene
moléculas de clorofila especiales o clorofilas diana ubicadas en el centro de reacción:
del FSII:P680 (2) del FS I :P700 (1).
• Ellas absorben la luz y transfieren electrones en cada complejo.
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FOTOFOSFORILACIONFOTOFOSFORILACION NO CICLICA NO CICLICA
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FOTOFOSFORILACION CICLICAFOTOFOSFORILACION CICLICA
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PS II
PS I
H2O
2e-2e-
2e-
1/2 O2
2H+
NADP+
NADPH + H+
PQ
ferredoxina
2e-
2e-
2hv
2hv
ADP + Pi
ATPCitb - f
PC
FOTOFOSFORILACION NO CICLICAFOTOFOSRORILACION CICLICA
FASE LUMINOSA- ESQUEMA ZFASE LUMINOSA- ESQUEMA Z
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TRANSPORTE DEL TRANSPORTE DEL PS II AL Cit b/fPS II AL Cit b/f
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TRANSPORTE DELTRANSPORTE DELCit b/f AL PS ICit b/f AL PS I
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FOTOFOSFORILACIONFOTOFOSFORILACION
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CICLO DE CALVINCICLO DE CALVIN
CARBOXILACION
REDUCCION
REGENERACION
CO2
ATP
ATP
NADPH+H+
G3P
RUBISCO
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CICLO DE CALVINCICLO DE CALVINCARBOXILACION
REDUCCION
REGENERACION
6 CO2
ATP
ATP
NADPH+H+
2 G3P
RUBISCO
6 RIBULOSA 1,5 BI FOSFATO
12 ACIDO 3 FOSFOGLICERICO
12 GLICERALDEHIDA 3 FOSFATO
10 GLICERALDEHIDA 3 FOSFATO
Otras moléculas
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CICLO DE CICLO DE CALVINCALVIN
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COMPARACION ENTRE PLANTASCOMPARACION ENTRE PLANTAS C3 C4 C3 C4
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PLANTAS C4PLANTAS C4 CELULAS DEL
MESOFILOCELULAS DE VAINA
VASCULAR
CO2 C1 + C3 C4
C4 C3+C1
C3 +Productos
CICLO DE
CALVIN
AMP + Ppi ATP
HAZ
VASCULAR
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PLANTAS C4PLANTAS C4CELULAS DEL MESOFILO CELULAS DE LA VAINA VASCULAR
CICLO DE
HATCHY
SLACK
MALATO
NADP+
NADPH+ H+
CO2
PIRUVATO Ciclo de
CalvinPIRUVATO
FOSFOENOLPIRUVATO
OXALACETATO
MALATONADPH+ H+
fase lumínica
NADP+
CO2
ATP
AMP + PPi
Transporte
Transporte
FEPcarxiboxilasa
Malatodeshidrogenasa
Enzima málica
RUBISCOPiruvato quinasa
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RUTAS METABOLICASRUTAS METABOLICAS
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PLANTAS MACPLANTAS MAC
CO2
CO2
CO2
CO2
CO2
LUZ OSCURIDAD
Carbohidratos Ruptura de Carbohidratos
PG
PEP (C3)
OA (C4)
MALATO
TriosaP Ciclo de
Calvin
MALATO CO2+ Piruvato
Ciclo de
Krebs
ESTOMACERRADO CO2 (C1)
ESTOMA ABIERTO
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PLANTAS MACPLANTAS MAC
10 20 30 40 50
5.5
5.0
4.5 4.0
200
100
pH
[ ]
/ peso
fre
sco
pH
MALATO
NOCHE NOCHE
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FOTORESPIRACIONFOTORESPIRACION
• Proceso que se da en las plantas debido a la característica de la RUBISCO de funcionar en una forma diferente a como lo hace durante la Fotosíntesis de acuerdo a la [ ] de CO2 que se presenta en el medio, lo que provoca una pérdida del carbono en la forma de CO2, durante los períodos de luz.
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FOTORESPIRACIONFOTORESPIRACION• Normalmente la RUBISCO
actúa como carboxilasa fijando el CO2 (Km=12uM) durante la Carboxilación del C. de Calvin, formando 2 moléculas de A3PG, sin embargo si existe en el medio una [CO2] y de [O2] ([ ] atmosféricas de 0.03% para el CO2 y 21% para el O2),la enzima muestra su otra actividad como oxigenasa, fijando O2(Km=250uM), y no fijando CO2 , dando lugar a la formación de 1 sóla molécula de A3PG y a 1 molécula de ácido Pglicólico(C2), en la cual se han incorporado los átomos de O2 .
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PLANTASPLANTASC3 C4 MACC3 C4 MAC
• Especies típicamente Especies típicamente Especies típicamente
temperadas: semitropicales: suculentas. Usualmente
espinaca, trigo caña de azúcar, muy pobre productividad.
o cebada.Usualmente maíz, armaranto.
de productividad Siempre muy productivas.
moderada. • Carecen de anatomía Anatomía tipo Kranz Carecen de anatomía
tipo Kranz característica esencial. tipo Kranz.
• El aceptor inicial El aceptor inicial El aceptor de CO2
de CO2 es la RbP de CO2 es el es el FEP en oscuridad
(azúcar de 5 carbonos) fosfoenolpiruvato y RBF en luz
(ácido de 3 carbonos)
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PLANTASPLANTASC3 C4 MACC3 C4 MAC
• Primer producto Primer producto Igual a C4
formado es formado es
fosfoglicerato (3C) oxalacetato (4C)
• Sólo 1 proceso de 2 procesos 2 procesos de fijación de CO2 principales de fijación fijación separados
principal de CO2 separados en el tiempo.
espacialmente
• Fotorespiración Fotorespiración Fotorespiración
marcada mínima mínima
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PLANTASPLANTASC3 C4 MACC3 C4 MAC
• La mayoría Casi siempre Generalmente
presentan una presentan presentan
tasa fotosintética alta tasa baja tasa
moderada fotosintética fotosintética
• Desarrollan bien Desarrollan bien Desarrollan bien
en climas templados en alta luminosidad, en ambientes
altas T y ambientes Áridos
semiáridos.
• Tienen una pérdida Tienen una pérdida Conservan el agua
de agua real de agua real en forma eficaz
Se fotosaturan con un Realmente no se No se logran
1/5 de la luz solar. fotosaturan fotosaturar.
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