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FOTOSINTESIS
FOTOSINTESIS
Proceso que permite captar energía lumínica y transformarla en energía
química. Esta es luego aprovechada ....entre otros por el hombre
FOTOSINTESIS
Proceso que permite captar energía lumínica y transformarla en energía
química. Esta es luego aprovechada ....entre otros por el hombre
FOTOSINTESIS
Grandes diferencias en
productividad de los
diferentes ecosistemas
naturales
FOTOSINTESIS
Además de las
limitaciones del
ambiente, parte de
estas diferencias
son explicadas
por la capacidad
potencial para
fotosintetizar de
las especies que
componen el
ecosistema.
FOTOSINTESIS
Ecuación resumida
nCO2 +2n H2O + luz
cloroplastos
(CH2O)+nO2+nH2O
Reacción “inversa” a la
respiración
http://www.youtube.com/watch?v=Bdc-fHn0zAU&feature=fvwrel
FOTOSINTESIS
Etapas de la fotosíntesis
- Lumínica
1- Se implusan electrones provenientes del H2O para reducir el
NADP+ a NADPH.
2- Proporcionar energía para formar ATP
ADP + Pi + luz cloroplastos ATP + H2O
(fotofosforilación)
http://www.youtube.com/watch?v=hj_WKgnL6MI&feature=related
- Oscura
-Reducción de CO2 a partir de NADPH reducido
http://www.youtube.com/watch?v=E_XQR800AgM&feature=related
LUZ
nCO2 +2n H2O + luz
cloroplastos
La energía radiante es una forma de energía que se emite o difunde en el
espacio o por algún medio natural. Es electromagnética y se propaga en
forma de pulsaciones u ondas.
La luz es la energía radiante que se puede ver.
Es la fuente (entrada) de energía a la inmensa mayoría de los ecosistemas
(transformación de energía lumínica en energía química vía fotosíntesis).
(CH2O)+nO2+nH2O
Espectro electromagnético
Violeta
Azul
Verde
Amarillo
Naranja
Rojo
Longitud de onda (l)
0,4 0,5 0,6 0,7 mm
Ondas largas de radio
Radio AM
10 2 m 103 m
Onda corta de radio
Microonda
0,7-100 100 mm –0,1m
mm
Infrarrojo
Visible
Ultravioleta
0,03 0,3 0,4- 0,7
300 nm 0,4mm mm
Rayos x
Rayos gama
l < 0,03 nm
El espectro electromagnético se extiende en aproximadamente veinte órdenes de magnitud.
La porción correspondiente a la luz ocupa sólo un orden de magnitud
LUZ
Sólo una pequeña
parte de la radiación
solar es fijada como
energía química.
Otras porciones del
espectro tienen otros
efectos sobre las plantas
ej: infrarojo (térmico),
rojo lejano y ultravioleta
(fotomorfogenético)
Las plantas están a menudo expuestas a una oferta variable en cantidad y
calidad de luz, tanto en el espacio como en el tiempo
Cambio de la irradiancia (cantidad) con la latitud y la época del año
Las plantas están a menudo expuestas a una oferta variable en cantidad y
calidad de luz, tanto en el espacio como en el tiempo
Cambio de la
irradiancia
(cantidad) con la
época del año,
entre días, dentro
de un mismo día.
LUZ
nCO2 +2n H2O + luz
cloroplastos
(CH2O)+nO2+nH2O
Además de con diferente cantidad, las plantas que crecen en condiciones naturales son
iluminadas con diferentes calidades (longitudes de onda) dependiendo de la época del
año, hora del día, condiciones de la atmósfera (nubes), presencia de plantas vecinas,
etc.
LUZ
Más aún si la
fuente lumínica es
artificial
nCO2 +2n H2O + luz
cloroplastos
(CH2O)+nO2+nH2O
Cloroplasto: estructura altamente especializada
nCO2 +2n H2O + luz
cloroplastos
(CH2O)+nO2+nH2O
La doble membrana
permite controlar el flujo de moléculas
Estroma: material amorfo,
gelatinoso y rico en enzimas
Granum: pila de tilakoides
Tilacoides estromáticos
conectan granum entre sí
Luz o lumen
Cavidad entre dos
membranas del tilacoide
La luz es captada por diferentes pigmentos. El más
importante es la clorofila
Diferentes
pigmentos
presentan
diferentes
espectros de
absorción.
Espectros de absorción
La absorción
depende en
parte de la
calidad
(longitud de
onda con que
es iluminada la
hoja).
Espectrofotómetro (absorbancia del pigmento
El espectro de acción de la luz sobre la fotosíntesis es diferente
del espectro de absorción de los pigmentos
Espectro de acción
Medidor de fotosíntesis (CO2 fijado)
Porque además de los pigmentos presentes, la
anatomía foliar también tiene importancia en la
absorción.
El espectro de acción de la luz sobre la fotosíntesis es diferente
del espectro de absorción de los pigmentos
Espectro de acción
Espectros de absorción
La superposición de los espectros de absorción de diferentes pigmentos
y las características de la anatomía foliar explican que tengan acción en
la fotosíntesis longitudes de ondas para las cuales la absorción de los
pigmentos es, de manera individual, relativamente baja (ej. en el
verde)
Los fotones de diferente calidad (longitud de onda) poseen
diferente energía
Los fotones de diferente
calidad (longitud de onda)
poseen diferente energía
Pero una vez absorbido,
cualquier fotón es equivalenteImportancia del número de
fotones.
FOTOSINTESIS
Grandes diferencias entre
especies en la fotosíntesis
máxima
Pero además de la
fotosintesis máxima (nivel
del plateau) cambia la
respuesta a la luz (ej a altas
o baja luz)
nCO2 +2n H2O + luz
Las diferencias de
respuesta estan dadas
por el tipo de
metabolismo (C3, C4 y
CAM)
http://www.youtube.com/watch?v=H_-pOjyzKZc
cloroplastos
(CH2O)+nO2+nH2O
Las diferencias de respuesta estan dadas por el tipo de
metabolismo (C3, C4 y CAM)
Las C3 fotorespiran
Fotorrespiración
Rubisco: carboxilasa/oxigenasa
Las diferencias de respuesta estan dadas por el tipo de
metabolismo (C3, C4 y CAM)
Fotorrespìración
Rubisco: carboxilasa/oxigenasa
Mayor afinidad de la enzima con C02 pero en el aire la concentración
de O2 es mucho mayor que la de C02 (21% vs. 330 ppm o 0.03%).
RUBP + 02
Rubisco
3PGA + Acido Fosfoglicólico + H2O
La fotorespiración depende de la luz porque:
1- Formación de RUBP es más rápida
2- Hay un incremento de la concentración de 02 por fotólisis del agua.
3- La Rubisco es activada por la luz
Las diferencias de respuesta estan dadas por el tipo de
metabolismo (C3, C4 y CAM)
Fotorrespiración
Cloroplasto
RUBP + 02
Rubisco
3PGA + Acido Fosfoglicólico + H2O
La fotorespiración depende de la luz porque:
1- Formación de RUBP es más rápida
2- Hay un incremento de la concentración de 02 por fotólisis del agua.
3- La Rubisco es activada por la luz
La activación de la Rubisco por la luz no es directa ( no es fotosensible)
Las diferencias de respuesta estan dadas por el tipo de
metabolismo (C3, C4 y CAM)
Fotorrespìración
Cloroplasto
Rubisco
RUBP + 02
3PGA + Acido Fosfoglicólico + H2O
Peroxisomas
Acido Glicólico oxidasa
Acido Glicólico + 02
Catalasa
2 H2O2
Acido glioxílico + H2O2
2H2O + 02
Glicina
transaminación
Glioxilato
Glicina
ATP, 2Fd(Fd2+)
Mitocondrias
2 Glicinas
(2C)
transaminación
Serina (3C) + CO2 + NH+
Las diferencias de respuesta estan dadas por el tipo de
metabolismo (C3, C4 y CAM)
Ecuación general de la fotorrespiración
RUBP + 302 + 2 ATP + H2O + 2Fd(Fd2+)
CO2 +3PGA + 2 ADP + 3 Pi + 2 Fd(Fe 3+)
Las diferencias de respuesta estan dadas por el tipo de
metabolismo (C3, C4 y CAM)
http://www.youtube.com/watch?v=ouw8phQZEOg&feature=related
En cambio la compartamentalización hace que la fotorrespiración sea “nula” en C4
Anatomía de Krantz en C4
Compartamentalización espacial:
PEP y Rubisco
Las diferencias de respuesta estan dadas por el tipo de
metabolismo (C3, C4 y CAM)
Las CAM possen una compatamentalización en el tiempo (C4 en el espacio). Son plantas
de zonas donde la disponibilidad hídrica es muy baja.
Compartamentalización en el tiempo
Estomas abiertos durante la noche
INC (similar a tasa de fotosíntesis neta)
INC = FB (fotosíntesis Bruta) – Pérdidas respiratorias
Pérdidas respiratorias = Fotorespiración + Respiración celular (o
respiración oscura, o nictorespiración)
INC = FB (fotosíntesis Bruta) – (Fotorespiración + Respiración celular )
Las diferencias de respuesta estan dadas por el tipo de
metabolismo (C3, C4 y CAM)
Importante: punto de compensación lumínica (nivel de irradiancia
donde INC = 0) y punto de saturación lumínica (nivel de
irradiancia donde INC = 0)
Las diferencias de respuesta estan dadas por el tipo de
metabolismo (C3, C4 y CAM)
Las diferencias de respuesta estan dadas por el tipo de
metabolismo (C3, C4 y CAM)
Las C3 fotorespiran, saturan (-la luz deja de ser el factor limitante-) a niveles de luz menores que
las C4.
Pero a bajos niveles, las C3 son más eficientes (las curvas se cruzan) porque el metabolismo C4 es
más costoso (mayor respiración “oscura” )
Dióxido de Carbono
Otro factor de
importancia es el nivel
de CO2. La
concentración de CO2
ha variado mucho en la
atmósfera a escala de
tiempo geológico y
tiende a aumentar en los
últimos cincuenta años.
Es manejable en
condiciones controladas
y semicontroladas (ej
invernáculos)
Las diferencias de respuesta estan dadas por el tipo de
metabolismo (C3, C4 y CAM)
El INC es mayor a bajas concentraciones de CO2 en la C4. Pero a
concentraciones superiores a la atmosférica satura. En cambio, el
INC de las C3 tienden a seguir aumentando con el incremento en la
concentración de CO2. La figura muestra que habría variabilidad
genética en la respuesta aún entre especies C3
Las diferencias de respuesta estan dadas por el tipo de
metabolismo (C3, C4 y CAM)
En las plantas, el aire atmosférico
entra y sale por difusión simple
que ocurre a través
(a) De la superficie de la planta en
general
(b) De las lenticelas
(c) De los estomas presentes
principalmente en hojas y tallos
jóvenes
+ crecimiento
Determination of growth and maintenance respiration in whole plants, roots or shoots. Respiration rates are plotted as a
function of RGR and maintenance respiration is taken as the rate of respiration when RGR is extrapolated to zero. The
slope of this plot (25 mmol CO2 g-1) provides an estimate of the specific costs of growth which are assumed to remain
constant for a given plant regardless of RGR. Variation in both RGR and respiration rate can be generated in several
ways, including growing plants under different irradiances, or by measuring respiration and growth rates during
development (RGR and respiration rate commonly decrease with age) (Original drawing courtesy Owen Atkin)
Atwell, Kriedeman , Turnbull Eds. 1999
+ absorción
Figure 6.33 Determination of growth, maintenance and ion uptake components of root respiration. Maintenance
respiration is taken as the rate of respiration when ion uptake rate and relative growth rate (RGR) are extrapolated
to zero. Specific costs of ion uptake are estimated from the slope of the respiration versus ion uptake rate plot,
while the actual amount of respiration allocated to ion uptake is shown. The slope of respiration versus RGR
represents the specific costs of growth. Growth respiration varies with RGR, but specific costs of growth, ion
uptake and maintenance are assumed to remain constant irrespective of variation in RGR or ion uptake (Original
drawing courtesy Owen Atkin)
Atwell, Kriedeman , Turnbull Eds. 1999
Efecto de temperatura
Coeficientes de respiración de crecimiento y mantenimiento
Respiración
Crecimiento: por síntesis de compuestos y otras actividades asociadas con incremento de
tamaño de las plantas. Alta respuesta a la Energía disponible
Mantenimiento: por mantener estructuras existentes funcionales. Alta respuesta a la
g (g
temperatura
0.2
20
10
g-1)
m (mg g
-1
12hr-1)
0.1
0
Mc Cree y Silsbury 1978
Crop Sci 18:13
5
10
15 20 25 30
Temperatura (ºC)
35
Diferencias entre la fotósintesis de hojas individuales y de canopeos.
trigo
Aclimataciones
Aclimataciones