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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
FOTOSINTESISEtapas de la fotosíntesis
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
- Lumínica
- Oscura
-Reducción de CO2 a partir de NADPH reducidohttp://www.youtube.com/watch?v=E_XQR800AgM&feature=related
nCO2 +2n H2O + luz cloroplastos (CH2O)+nO2+nH2O
LUZ
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).
El espectro electromagnético se extiende en aproximadamente veinte órdenes de magnitud. La porción correspondiente a la luz ocupa sólo un orden de magnitud
Espectro electromagnético
< 0,03 nm 0,03 0,3 0,4- 0,7 0,7-100 100 m –0,1m 102 m 103 m 300 nm 0,4m m m
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de
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0,4 0,5 0,6 0,7 m
Longitud de onda ()
Espectro electromagnético
< 0,03 nm 0,03 0,3 0,4- 0,7 0,7-100 100 m –0,1m 102 m 103 m 300 nm 0,4m m m
< 0,03 nm 0,03 0,3 0,4- 0,7 0,7-100 100 m –0,1m 102 m 103 m 300 nm 0,4m m m
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Longitud de onda ()
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0,4 0,5 0,6 0,7 m0,4 0,5 0,6 0,7 m
Longitud de onda ()Longitud de onda ()
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.
nCO2 +2n H2O + luz cloroplastos (CH2O)+nO2+nH2OLUZ
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.
nCO2 +2n H2O + luz cloroplastos (CH2O)+nO2+nH2O
nCO2 +2n H2O + luz cloroplastos (CH2O)+nO2+nH2OLUZ
Más aún si la fuente lumínica es artificial
Cloroplasto: estructura altamente especializada
La doble membrana
permite controlar el flujo de moléculas
Estroma: material amorfo, gelatinoso y rico en enzimas
Granum: pila de tilakoides
Tilacoides estromáticosconectan granum entre sí
Luz o lumenCavidad entre dos membranas del tilacoide
nCO2 +2n H2O + luz cloroplastos (CH2O)+nO2+nH2O
La luz es captada por diferentes pigmentos. El más importante es la clorofila
Diferentes pigmentos presentan diferentes espectros de absorción.
La absorción depende en parte de la calidad (longitud de onda con que es iluminada la hoja).
Espectros de absorción
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
Espectros de absorciónEspectro de acción
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 equivalente- Importancia 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)
Las diferencias de respuesta estan dadas por el tipo de metabolismo (C3, C4 y CAM)
nCO2 +2n H2O + luz cloroplastos (CH2O)+nO2+nH2O
http://www.youtube.com/watch?v=H_-pOjyzKZc
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 rápida2- 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
RUBP + 02 Rubisco
3PGA + Acido Fosfoglicólico + H2O
La fotorespiración depende de la luz porque:
1- Formación de RUBP es más rápida2- 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)
Cloroplasto
Las diferencias de respuesta estan dadas por el tipo de metabolismo (C3, C4 y CAM)
Fotorrespìración
RUBP + 02 Rubisco
3PGA + Acido Fosfoglicólico + H2O
Cloroplasto
Peroxisomas
Acido Glicólico + 02 Acido Glicólico oxidasa
Acido glioxílico + H2O2
2 H2O2 Catalasa
2H2O + 02
Glioxilato transaminación
Glicina
Mitocondrias
2 Glicinas (2C) transaminación
Serina (3C) + CO2 + NH+
Glicina
ATP, 2Fd(Fd2+)
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 C4Compartamentalización 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.
Estomas abiertos durante la noche
Compartamentalización en el tiempo
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
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)
+ cr
ecim
ient
o
+ absorción
Atwell, Kriedeman , Turnbull Eds. 1999
Efecto de temperatura
Mc Cree y Silsbury 1978Crop Sci 18:13
Coeficientes de respiración de crecimiento y mantenimientoCoeficientes de respiración de crecimiento y mantenimiento
m
(m
g g
-1 1
2h
r-1)
g (
g
g-1)
Temperatura (ºC)
10
20
5 10 15 20 25 30 35
0
0.1
0.2
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 temperatura
Diferencias entre la fotósintesis de hojas individuales y de canopeos.
trigo
Aclimataciones
Aclimataciones
