Grado:10-2

La fotólisis del agua es la ruptura de la molécula de H2O mediante el

poder oxidante que posee el ion p680+ rompe la molécula de H2O,

en 1 e- que es aceptado por la clorofila p680+, en 2 protones H+ que son aceptados por la coenzima NADP para obtener NADPH2, y O2 molecular que es liberado hacia la

atmósfera renovándolo periódicamente al mismo.

por las hojas.Dada su capacidad de cambiar de estado de oxidación, participa en numerosos sistemas enzimáticos de óxido-reducción como la superóxido dismutasa.Participa en la Fotosíntesis, formando parte de la mangano-proteína responsable de la fotólisis del agua y producción de O2.Interviene en la síntesis de proteínas, ya que participa en la asimilación del amonio (NH4+).Puede sustituir al Mg como co-factor en sistemas enzimáticos relacionados con reacciones redox, descarboxilaciones, hidrólisis y la transferencia de energía.Regula el metabolismo de los ácidos grasos.Fomenta la formación de raíces laterales.Activa el crecimiento, influyendo el crecimiento alargador de las células.

Convierte los nitratos que forman las raíces en formas que la planta pueda utilizar.Este micro elemento está incluido en metal proteínas, que actúan como co-factores de ciertas reacciones enzimáticas. Lo mismo que el Mg2+, el Mn2+ actúa como ion puente entre el ATP y el complejo enzimático; este es el caso de las fosfoquinasas y las fosfotransferasas.El manganeso también interviene de forma específica en la actividad hidroxilamina reductasa, dentro de la fase de la reducción de los nitratos y en actividad ácido indol acético oxidasa.La función metabólica del manganeso que está más documentada, es el transporte de electrones en la Fotosíntesis: dentro del fotosistema II, para efectuar la fotólisis del agua, se precisan cuatro átomos de manganeso, que se reducen cediendo cuatro electrones a cada unidad del pigmento

El manganeso es absorbido por la planta como Mn2+, tanto por la raíz como

• Hidrógeno: También es un componente de los compuestos orgánicos donde se encuentra el C. Los iones de hidrógeno están implicados en las reacciones electroquímicas para regular los intercambios a través de las membranas celulares.

• Oxígeno: Es el tercer elemento típico de las moléculas orgánicas, como azúcares simples. La presencia de O es importante para muchas reacciones bioquímicas de plantas.

• Fósforo: Es utilizado en varios compuestos de transferencia de energía en las plantas. Una función muy importante para él, es su papel en los ácidos nucleicos, bloques de construcción para el material del código genético en las células vegetales.

• Potasio: activador en muchas reacciones enzimáticas en la planta. Otra función del K en las plantas se produce Es utilizado como en células especiales que se encuentran alrededor de los estomas. La turgencia de estas células (o la falta de turgencia) controla el grado de apertura de los estomas y por lo tanto controla el nivel de intercambio de gases y vapor de agua a través de ellos. Esta turgencia se controla por la entrada y salida del K a estas células.

• Nitrógeno: Es un elemento muy importante para el crecimiento de las plantas y se encuentra en muchos de sus compuestos. Estos incluyen la clorofila (el pigmento verde de las plantas), amino ácidos, proteínas, ácidos nucleicos, y ácidos orgánicos.

Azufre: Es un componente de algunos amino ácidos como la metionina. El azufre también se encuentra en el grupo sulfhídrico de ciertas enzimas.

Calcio: Es necesario para el desarrollo de la pared celular. Además, el Ca se utiliza como un cofactor de ciertas reacciones enzimáticas. Recientemente, se ha determinado que el Ca está implicado íntimamente en la regulación de los procesos celulares mediados por una molécula llamada calmodulina.

Magnesio: Juega un papel importante en las células vegetales, ya que aparece en el centro de la molécula de clorofila. Algunas reacciones enzimáticas requieren magnesio como cofactor.

Hierro: Se utiliza en las reacciones bioquímicas que forman la clorofila y es parte de una de las enzimas que se encarga de la reducción del nitrógeno en el nitrógeno amoniacal. Otros sistemas de enzimas como la catalasa y peroxidasa también requieren de Fe.

Boro: Las funciones del boro en la planta no se conocen bien. El boro parece ser importante para el desarrollo de meristemas normales en partes jóvenes, tales como las puntas de las raíces.

Manganeso: Existen funciones del manganeso en varias reacciones enzimáticas que involucran el compuesto de energía trifosfato de adenosina (ATP). El manganeso también activa varias enzimas y está involucrado con los procesos en el sistema de transporte de electrones en la fotosíntesis.

Cobre: Es un componente de varias enzimas en las plantas y es parte de una proteína en el sistema de transporte de electrones en la fotosíntesis.

Zinc: Participa en la activación de varias enzimas de la planta y es necesario para la síntesis del ácido indolacético, un regulador de crecimiento.

Molibdeno: Es un componente de dos enzimas que intervienen en el metabolismo del nitrógeno. La más importante de estas es el nitrato reductasa.

Cloro: Tiene un posible papel en la fotosíntesis y podría funcionar como un contra-ion en los flujos de el K involucrados en la turgencia de las células.

• Fotólisis del agua (el agua se descompone en hidrógeno y oxígeno).

• Combinación del hidrógeno del agua con el CO2 del aire

• Trasformación en glucosa (co ayuda del fosfato proveniente del suelo)

transfiere energía a la molécula. Esta energía adicional rompe uno de los enlaces entre el átomo de oxígeno y uno de los átomos de hidrógeno. El átomo de hidrógeno (H) se aleja de lo que queda de la molécula, lo que se denomina radical hidroxilo (OH).

Esto se conoce como foto disociación.

Foto disociación del agua un fotón ultravioleta (UV) puede descomponer una molécula de agua. Cuando el fotón golpea la molécula de agua (H2O),

.

La función del agua en fotosíntesis es suministrar electrones para dichas reacciones redox, es decir, el agua interviene como fuente de electrones. Puesto que la molécula de agua es un agente reductor muy débil, sus electrones deben ser energizados por los fotones de la luz solar, de forma tal que adquieran el potencial suficiente para reducir a las moléculas inorgánicas citadas de carbono, nitrógeno y azufre. La energización de los electrones del agua se realiza gracias a la clorofila, el típico pigmento verde del mundo vegetal que actúa como receptor y conversor de la energía solar en energía química.

La foto disociación es la disociación de una molécula por los fotones incidentes.

Este proceso ha representado y sigue representando un papel importante en la evolución de las atmósferas planetarias. Una importante parte del oxígeno del aire proviene de las plantas (a través de la fotosíntesis), pero el resto es el resultado de la disociación del vapor de agua atmosférico, cuya molécula H2O, al ser herida por los fotones de la luz solar, da OH más un H (hidrógeno libre); posteriormente dos OH reconstituyen una molécula de agua H2O y dejan un átomo de O sobrante.

Las propiedades de las disoluciones dependen del equilibrio del solvente, las disoluciones acuosas dependen del equilibrio de la disociación del agua. El agua, el disolvente universal, tanto en fase líquida y pura como actuando de disolvente subsiste en un estado de equilibrio dinámico transformándose el agua en protones, protón: H+ e hidróxido: OH-

Donde aq significa acuoso. Esta disociación, en dirección a la derecha ocurre únicamente hasta que el equilibrio se alcanza, después ocurre en ambas direcciones a la misma velocidad. Aproximadamente una de cada 500 millones de moléculas de agua se disocia. La ecuación se puede escribir igual que la de cualquier disociación:

Siendo Kc la constante de disociación del agua, debido a que la disociación es prácticamente siempre la misma, se puede combinar con una nueva constante

Se realiza en las hojas, que se orientan hacia la luz. La clorofila de las hojas atrapa la luz del Sol. A partir de la luz del Sol y el dióxido de carbono, se transforma la savia bruta en savia elaborada, que constituye el alimento de la planta. Además la planta produce oxígeno que es expulsado por las hojas.

Algunas células formaron dentro de sus cuerpos un pigmento verde, llamado clorofila, capaz de absorber la luz del Sol; ellas lograron tomar de la atmósfera una sustancia llamada dióxido de carbono y un poco de agua, y, ayudadas por la energía del Sol, fabricaron su propio alimento, una sustancia nueva llamada carbohidratos; este proceso se conoce como fotosíntesis.

Las clorofilas son una familia de pigmentos de color verde que se encuentran en las cianobacterias y en todos aquellos organismos que contienen cloroplastos en sus células, lo que incluye a las plantas y a los diversos grupos de protistas, crítica en la fotosíntesis, proceso que permite a las plantas absorber energía a partir de la luz solar.

El agua es captada por las zonas pilíferas de las raíces. Éstas originan una presión que "empuja" el agua hacia las hojas.

Las hojas, cuando los estomas están abiertos, evaporan agua a través de ellos. Esto se denomina transpiración. Este vapor de agua se dispersa en la atmósfera. La falta de agua en las hojas origina una presión interna menor, que "tira" del agua proveniente de las raíces.

El principal motor para el ascenso del agua radica en la transpiración. El "empuje" desde las raíces tiene una relevancia menor como causa de esta circulación. Por lo tanto, en el fondo de la cuestión se encuentran los estomas, abiertos o cerrados.

Durante la noche los estomas se cierran y la hoja no transpira. Sin embargo, las raíces siguen creando la presión que "empuja" el agua hacia arriba y un poco de agua exuda por las hojas para aliviar el exceso de presión. Si la atmósfera es húmeda, se observan unas gotitas en los bordes de las hojas. Esto se denomina "gutación" y tiene una importancia secundaria

Un hidátodo es un tipo de estoma inmóvil que secreta agua líquida por el proceso de gutación (del latín gutta, que significa gota).

La gutación, fenómeno observable como pequeñas gotas de agua en la epidermis foliar, se produce cuando la planta está en condiciones que favorecen la absorción rápida de agua y minerales y una transpiración mínima, como sucede con las plantas que crecen en suelos húmedos, durante la noche. Los iones minerales absorbidos de noche son bombeados al apoplasto que rodea a los elementos del xilema. Esta pérdida de solutos hace que disminuya el potencial agua en los elementos del xilema, generando un ingreso de agua desde las células circundantes. Al aumentar la presión dentro del xilema el agua es forzada eventualmente a salir a través de los hidatodos foliares.

como un tejido vegetal lignificado de conducción que transporta líquidos de una parte a otra de las plantas vasculares. Transporta agua, sales minerales y otros nutrientes desde la raíz hasta las hojas de las plantas. La sustancia transportada se denomina savia bruta. Junto con el floema, forma una red continua que se extiende a lo largo de todo el organismo de la planta.

encargado del transporte de nutrientes orgánicos e inorgánicos especialmente azúcares producidos por la parte aérea fotosintética y autótrofa, hacia las partes basales subterráneas, no fotosintéticas

Desde el punto de vista fisiológico las plantas necesitan a los tejidos conductores para su crecimiento porque distribuyen agua y sustancias orgánicas, pero también son tejidos que hacen de soporte a modo de esqueleto y sostén de la parte aérea de la planta y dan consistencia a la subterránea. Otra función de los tejidos conductores es permitir la comunicación entre diferentes partes de la planta gracias a que son vías por la que se distribuyen las señales tales como hormona

Las moléculas de clorofila, que absorben luz para llevar a cabo la fotosíntesis, están unidas a las lamelas. La energía luminosa capturada por la clorofila es convertida en adenosin-trifosfato (ATP) y moléculas reductoras (NADPH) mediante una serie de reacciones químicas que tienen lugar en los grana. Los cloroplastos también contienen gránulos pequeños de almidón donde se almacenan los productos de la fotosíntesis de forma temporal.

Los cloroplastos son orgánulos aún mayores y se encuentran en las células de plantas y algas, pero no en las de animales y hongos. Su estructura es aún más compleja que la mitocondrial: además de las dos membranas de la envoltura, tienen numerosos sacos internos formados por membrana que encierran el pigmento verde llamado clorofila. Desde el punto de vista de la vida terrestre, los cloroplastos desempeñan una función aún más esencial que la de las mitocondrias: en ellos ocurre la fotosíntesis; esta función consiste en utilizar la energía de la luz solar para activar la síntesis de moléculas de carbono pequeñas y ricas en energía, y va acompañado de liberación de oxígeno. Los cloroplastos producen tanto las moléculas nutritivas como el oxígeno que utilizan las mitocondrias.

Entre las reacciones químicas de la fotosíntesis de las plantas, la clorofila utiliza la luz del Sol para impulsar una cadena de reacciones que almacena la energía en forma de energía química en la molécula cargada de energía del ATP. La energía química guardada en el ATP es utilizada por la planta en muchas reacciones químicas, cuando la planta necesita energía para impulsar una reacción química, muchas veces la toma del ATP, que al cederla se "gasta" (se transforma en una molécula de más baja energía llamada ADP). La planta puede utilizar muchas moléculas como fuente de energía química (por ejemplo puede utilizar las moléculas de almacenamiento, como el almidón de las plantas terrestres, o las de transporte, la sacarosa), pero muchas veces, como primer paso la molécula seleccionada para esto debe transferirle su energía al ATP: mediante unas reacciones químicas la molécula pierde su energía química y a cambio el ADP se carga de energía química en forma de ATP.

Conforman a la antena colectora de luz, que forma parte junto con el centro de reacción química a un fotosistema. Este complejo esta formado por moléculas de pigmento clorofilas a y b, que están ligados a proteínas y algunos carotenoides. Por ejemplo el complejo captador de luz que se encuentra en el fotosistema ll llamado LHC-ll, esta formado por:

Una subunidad de 26 kdSiete moléculas de clorofila aSeis moléculas de clorofila bDos carotenoidesLa luz recolectada por dicho complejo está formada por fotones, la energía de un fotón, absorbida en cualquier punto del conjunto de moléculas de clorofila de la antena, migra a un centro de reacción que promueve el evento de transferencia de un electrón. La energía de los fotones absorbida por los pigmentos (clorofilas)”antena” es transferida por resonancia inductiva (como el de los enlaces covalentes) hasta los centros de reacción. Al haber muchos pigmentos en la antena hacen que se absorba luz con diferente longitud de onda lo que permite un mayor espectro de absorción por lo que la fotosíntesis se hace más eficaz . Por ejemplo la clorofila P680 en el fotosistema II y clorofila P700 en el fotosistema I

Moléculas y complejos moleculares que participan de las reacciones directamente dependientes de la luz. Entre ellos, se distinguen los pigmentos, los transportadores de electrones, los Fotosistemas I y II y ciertas enzimas como las ATP sintetasas. La disposición particular de estas moléculas en la membrana tilacoide hace posible la síntesis La quimiosmótica del ATP durante la fotofosforilación. En este proceso, los electrones de la molécula reactiva de clorofila a del Fotosistema II son impulsados a niveles energéticos superiores por la energía lumínica. A medida que descienden por una cadena de transportadores de electrones hacia la molécula reactiva de clorofila a del Fotosistema I, la energía que liberan se usa para bombear protones (H+) desde la estroma al espacio tilacoide. Esto crea un gradiente de protones. Cuando los protones se mueven a favor del gradiente a través del complejo de la ATP sintetasa, desde el espacio tilacoide a la estroma del cloroplasto, el ADP se fosforila a ATP.

En cada "vuelta" completa del ciclo ingresa una molécula de CO2. Aquí se resumen seis ciclos, el número requerido para elaborar dos moléculas de gliceraldehído fosfato, que equivalen a un azúcar de seis carbonos. Se combinan seis moléculas de ribulosa bifosfato (RuBP), un compuesto de cinco carbonos, con seis moléculas de CO2 y se producen seis moléculas de un intermediario inestable que pronto se escinde en doce moléculas de fosfoglicerato, un compuesto de tres carbonos. Estos últimos se reducen a doce moléculas de gliceraldehído fosfato. Diez de estas moléculas de tres carbonos se combinan y se regeneran para formar seis moléculas de cinco carbonos de RuBP. Las dos moléculas "extra" de gliceraldehído fosfato representan la ganancia neta del ciclo de Calvin. Estas moléculas son el punto de partida de numerosas reacciones que pueden implicar, por ejemplo, la síntesis de glúcidos, aminoácidos y ácidos grasos. La energía que impulsa al ciclo de Calvin proviene del ATP y el NADPH producidos por las reacciones de captura de energía en la primera etapa de la fotosíntesis.

oxidación de carbohidratos en presencia de luz y oxígeno; ocurre cuando la concentración de dióxido de carbono en la hoja es baja en relación con la concentración de oxígeno.

La foto respiración ocurre cuando la concentración de CO2 en la hoja es baja en relación con la de O2. Consiste en la oxidación de la ribulosa bifosfato, con formación de CO2 y agua. Es un proceso que disminuye la eficiencia fotosintética de las plantas.16. En las células del mesófilo de las plantas C4, el CO2 se une a un compuesto de tres carbonos (fosfoenolpiruvato), formando oxalacetato. Este último se convierte en malato y pasa a zonas más profundas de la hoja, donde libera CO2 que ingresa en el ciclo de Calvin. Este proceso, que involucra gasto de energía, representa una adaptación a las sequías y a intensidades lumínicas y temperaturas altas.

El gliceraldehído fosfato producido por el ciclo de Calvin se integra en glucosa o fructosa. Las células vegetales usan estas sustancias para elaborar almidón, celulosa y sacarosa; las células animales las usan para elaborar glucógeno. Todas las células utilizan azúcares para la elaboración de otros carbohidratos, lípidos y aminoácidos. Además, la oxidación del carbono fijado es la fuente de energía del ATP en todas las células heterótrofas.

El fotosistema I (PSI) y el fotosistema II (PSII) son los encargados de captar la luz y de emplear su energía para impulsar el transporte de electrones a través de una cadena de aceptores. El complejo antena de dichos fotosistemas atrapa fotones de la luz, elevando los electrones a niveles más altos que su estado cuántico fundamental, y esta energía se va transportando entre diferentes moléculas de clorofila por resonancia, hasta que en el centro del fotosistema II se produce la fotólisis del agua, rompiéndola en medio, originando O, 2 protones (H+) y dos electrones. El oxígeno se unirá con el sobrante de otra molécula de agua, para crear oxígeno atmosférico (O2); los protones translocados al interior del tilacoide contribuyen a crear un gradiente electroquímico, que será utilizado por la ATPasa, y los electrones repondrán la carencia electrónica de la clorofila original.

Para que se pueda absorber la energía lumínica, se requiere de la excitación de los electrones en dos diferentes sitios: los fotosistemas I y II.

Los fotosistemas son el conjunto de proteínas transmembranales que engloban a los pigmentos fotosintéticos cuya función es captar la energía lumínica para utilizarla durante el transporte de electrones y protones.

Fotosistema I . Capta la energía lumínica de longitud de onda inferior o igual a 700nm. En él encontramos diferentes pigmentos:

La distribución de los fotosistemas I y II, así como de la ATP sintasa y el citocromo b/f, no es aleatoria:

• El fotosistema I y la ATP sintasa están prácticamente excluidos de las regiones donde hay gran cantidad de membranas apiladas.

• El fotosistema II y el complejo citocromo b/f están enriquecidos en estas regiones de alto grado de empacamiento.

Esta separación de los fotosistemas previene que la energía absorbida por el fotosistema II sea transferida directamente el fotosistema I además de posicionar al fotosistema I en regiones donde es más accesible el NADP+, presente en el estroma.

•Los eventos de excitación en el fotositema I ocurren de igual manera que en el fotosistema II:

–La luz es capturada por cualquiera de alrededor de 200 moléculas de clorofila (a y b) o de pigmentos accesorios (antena).

–La energía absorbida se mueve por resonancia a P700.

–P700 pasa el electrón adquirido al aceptor A0 (una forma especial de clorofila, análogo funcional de la feofitina).

–Para regresar a su estado basal, P700 toma un electrón de la plastocianina (proteína soluble).

–A0 pasa el electrón a la filoquinona (A1) y lo pasa a una proteína con un centro de Fe-S.

–El electrón pasa a la ferredoxina (proteína de hierro-azufre unida débilmente a la membrana tilacoidal).

–Los átomos de Fe de la ferredoxina transfieren los electrones uno a uno.

¿Qué tres eventos ocurren durante las reacciones luminosas de la fotosíntesis?A Reducción del oxígeno, oxidación del NADPH, formación de ATP

B Oxidación del agua, reducción del NADP+, formación de ATP

C Oxidación del agua, reducción del NADP+, hidrólisis de ATP

D Fijación del dióxido de carbono, liberación de oxígeno, síntesis de glucosa

E Liberación de oxígeno, fijación del dióxido de carbono, hidrólisis de ATP

Reacciones luminosas en la fotosíntesis

La ecuación siguiente resume los eventos que ocurren durante las reacciones luminosas de la fotosíntesis.

Los tres componentes de las reacciones luminosas son:

Oxidación del aguaReducción del NADP+Síntesis de ATP a partir de ADP y Pi