CLASE 6 FOTOSÍNTESIS (cont) - fabricio hurtado

Vista previa del material en texto

FISIOLOGÍA VEGETAL
Profesor: María Adela Valdés Sáenz PhD
TEMA II
METABOLISMO
Clase 6 
Fotosíntesis (cont.)
Interpretar los procesos fisiológicos de 
absorción y transformación de la energía 
radiante en sustancias orgánicas en las plantas, 
leyes, mecanismos y factores externos e 
internos que la regulan, así como su transporte 
y su relación con otros procesos fisiológicos. 
OBJETIVO
•Vías metabólicas para la fijación del CO2 (dióxido de 
carbono). 
•Factores que influyen en la fotosíntesis y su relación con 
otros procesos
fisiológicos. 
•Métodos para medir la fotosíntesis. 
•Transporte de las sustancias, la fotosíntesis y la 
productividad vegetal
SUMARIO:
Sustancias minerales 
(inorgánicas)
FOTOSÍNTESISINTRODUCCIÓN
bioquímica
Las plantas que utilizan sólo el ciclo de 
Calvin para la fijación del CO2 se 
conocen como plantas C3. 
(reaccionan con la RuBP para producir 2 moléculas de 
ácido 3-fosfoglicérico (3-PGA)
ALREDEDOR DEL 85% DE LAS ESPECIES DE PLANTAS SON C3
Ribulosa 1,5 
difosfato
RUBISCO
…PERO COMO LAS 
PLANTAS C3
 La luz es necesaria para que la FOTORRESPIRACIÓN
tenga lugar, ya que su sustrato inicial es la RuDP, que se 
regenera en el ciclo de Calvin con la provisión de ATP y 
NADPH que se producen en las reacciones luminosas.
EL DOBLE JUEGO DE 
LA RUBISCO:
LA FOTORRESPIRACIÓN
 Cuando la concentración de CO2 en la hoja
es muy pequeña comparada con la
concentración de oxígeno, la misma
enzima cataliza la reacción de la
RuDP con el O2 (actividad
oxigenasa), en vez de con el CO2.
EL DOBLE JUEGO DE LA RUBISCO
OXIGENASACARBOXILASA
CLOROPLASTO
PEROXISOMA
MITOCONDRIA
2 Ribulosa 1,5-difosfato (5C)
Glicerato (3C)
2 2-fosfoglicolato (2C)
2 3-fosfoglicerato (3C)
2 Glicolato (2C)
2 H2O
2 Glicolato (2C)
ATP
ADP
2O2
Hidroxipiruvato (3C)
Serina (3C)
NADH
Glicerato (3C)
NAD+
2 O2
2 Glioxilato (2C)
2 H2O2
2 Glutamato
2 a-cetoglutarato
2 Glicina (2C)
Glicina (2C) Serina (3C)
NAD+
NADH
CO2 NH3+
Glicina (2C)
H2O +H4-folato
Metileno
H4-folato
FOTORRESPIRACIÓN
3-fosfoclicerato (3C)
+
2 Pi
http://www.etsmre.upv.es/varios/biologia/Temas/tema_11.htm
http://www.etsmre.upv.es/varios/biologia/Temas/tema_11.htm
 La atmósfera contiene más O2 (21%) que CO2 (0.03%).
DIFERENCIAS ENTRE LA FOTORRESPIRACIÓN Y LA RESPIRACIÓN 
MITOCONDRIAL
AUNQUE SE UTILIZA O2 Y SE LIBERA CO2
 No se produce ni ATP ni NADPH2
 Depende de la luz = inhibidor de la cadena de transporte
electrónico de la fotosíntesis
 Aumenta con concentraciones crecientes de O2 mientras la
mitocondrial se satura con 1-2 % de O2
¿Para qué sirve la FOTORRESPIRACIÓN?
…PARA NADA
Se consume materia orgánica ya formada 
sin producir ATP, es decir, deshace parte de 
lo conseguido en la fotosíntesis. 
LA FOTORRESPIRACIÓN SUPONE UNA REDUCCIÓN 
DE LA EFICIENCIA DE LA FOTOSÍNTESIS
La atmósfera contiene más O2 (21%) que CO2 (0.03%).
Cuando la concentración de CO2 en la hoja es 
muy pequeña comparada con la 
concentración de O2
RECORDAR QUE:
la RibudiP prefiere aceptar el O2 en 
vez del CO2
(actividad oxigenasa)
FOTORRESPIRACIÓN
• Proceso respiratorio no mitocondrial
QUE CONSUME O2 Y PRODUCE CO2 EN PRESENCIA DE 
LUZ.
Se incrementa en la medida que
la concentración de O2 aumenta 
ya que la RUBISCO trabaja como OXIGENASA.
FOTORRESPIRACIÓN
AL AUMENTAR LA TEMPERATURA SE FAVORECE MÁS EL 
PROCESO DE FOTORRESPIRACIÓN QUE EL DE FOTOSÍNTESIS 
(la afinidad de la RUBISCO por el CO2 disminuye, pero se 
mantienen igual su afinidad por el O2).
FOTOSÍNTESIS≠
¿POR QUÉ FOTORRESPIRACIÓN?
Porque es necesaria la LUZ
ya que su sustrato inicial
es la RuDiP, que se
regenera en el ciclo de
Calvin con la provisión de
ATP y NADPH que se
producen en las reacciones
luminosas.
¿CUÁNDO SE 
FAVORECE LA 
FOTORRESPIRACIÓN?
 En ambientes calurosos 
y secos en que la planta 
debe cerrar sus 
estomas para evitar la 
pérdida de agua. 
RECORDAR!!!
DIFIEREN EN LA VÍA QUE EL CO2
SIGUE HACIA EL CICLO DE CALVIN
EN LA EVOLUCIÓN DE LAS PLANTAS SE MODIFICARON LAS
VÍAS DE FIJACIÓN DEL CO2 ATMOSFÉRICO
3 tipos principales de 
fotosíntesis
- PLANTAS C3
- PLANTAS C4
- PLANTAS CAM
EVOLUCIÓN DE LAS PLANTAS. C3…. C4
- Las plantas que sólo llevan a cabo el ciclo de
Calvin para la fijación de carbono se conocen
como plantas C3.
- Las plantas C4 presentan una anatomía foliar
diferente a la de las plantas C3 y una diferencia sustancial
para la realización de la ruta C4. Las células envolventes del haz
poseen grandes concentraciones de CO2, lo que permite que la
RUBISCO fije CO2 en lugar de O2.
 Las plantas C4 no presentan niveles detectables de
fotorrespiración; LAS PLANTAS C3, en las que parte del
CO2 fijado se pierde por fotorrespiración, serían las que
tendrían una MENOR EFICIENCIA FOTOSINTÉTICA.
 La enzima fosfoenolpiruvato carboxilasa (PEP) de las
plantas C4 tiene una enorme afinidad por el CO2 y
NO TIENE actividad oxigenasa
C3…. C4 ?
C3…. C4 
LA RUTA C4 EN COMBINACIÓN CON EL CICLO DE
CALVIN, SUPERA LOS RESULTADOS DEL CICLO DE CALVIN
POR SÍ SOLO EN DÍAS CALUROSOS Y SOLEADOS EN
LOS QUE LA FOTOSÍNTESIS ES RÁPIDA Y LA CONCENTRACIÓN
DE CO2 EN LAS HOJAS PUEDE DISMINUIR.
PRODUCTIVIDAD FOTOSINTÉTICA
La vía de 3 carbonos es una vía
metabólica para la fijación del
carbono en la fotosíntesis en la
mayoría de las plantas
EN ESTA VÍA EL CO2 SE FIJA 
DIRECTAMENTE EN EL CICLO 
DE CALVIN, SIN QUE SE 
PRODUZCAN FIJACIONES 
PREVIAS.
C3
OTRAS VÍAS METABÓLICAS PARA 
LA FIJACIÓN DEL CO2
PLANTAS C4 PLANTAS CAM
C4 (ruta de Hatch-Slack) 
 La ruta C4 une el CO2 en compuestos de cuatro
carbonos (vía de Hatch y Slack), que se utilizan entonces
para PROPORCIONAR UNA CONCENTRACIÓN
INCREMENTADA DE CO2 AL CICLO DE CALVIN.
 La ruta C4 en combinación con el ciclo de Calvin, supera los
resultados del ciclo de Calvin por sí solo EN DÍAS
CALUROSOS Y SOLEADOS en los que la fotosíntesis es
rápida y la concentración de CO2 en las hojas puede disminuir.
 A temperaturas más frescas aumenta la concentración de CO2 y el
CICLO DE CALVIN POR SÍ SOLO (RUTA C3) ES MÁS EFICAZ EN
TÉRMINOS ENERGÉTICOS, YA QUE NECESITA MENOS ATP.
1ra
2da
CAM 
El nombre se debe a la familia de las Crasuláceas (Crassulaceae), plantas suculentas del
desierto en las que se descubrió por primera vez el proceso. Las plantas CAM habitan en
regiones donde las altas temperaturas obligan a cerrar los estomas durante el día para evitar
una pérdida excesiva de agua. Actualmente, representan 18 familias vegetales, en su mayoría
dicotiledóneas
 Realizan un tipo de fotosíntesis que se conoce
como metabolismo ácido de las crasuláceas
(CAM) debido al almacenamiento de dióxido de
carbono por la noche como un ácido.
 toman CO2 durante la noche utilizando la
ruta C4, y luego llevan a cabo el ciclo de Calvin
durante el día.
 El medio idóneo para las plantas CAM es de altas
temperaturas durante el día, gran intensidad de luz
y poca disponibilidad de agua
NOCHE
DÍA
FOTOSINTESIS: 
DIFERENCIAS EN LAS VIAS METABÓLICAS EN 
PLANTAS C3, C4 Y CAM
PLANTAS C3:
3-PGA como primer compuesto 
formado con el CO2 fijado 
(triosa fosfato: 3C) 
(ver Ciclo de Calvin).
• PLANTAS C4: 
•acido málico como primer
compuesto formado con el CO2
fijado
(4 carbonos: 4C) 
2 carboxilaciones sucesivas
PLANTAS CAM: 
•similares a las C4
pero las 2 carboxilaciones
están separadas en el tiempo 
(día-noche)
TIPOS DE MECANISMOS DE 
ASIMILACION DEL CO2
CO2 fijado en una 
planta
C3
CO2 fijado en una 
planta CAM
CO2 fijado en una 
planta
C4
LAS PLANTAS C4 Y LAS PLANTAS CAM
SE DIFERENCIAN POR
EL LUGAR Y EL
MOMENTO 
EN LOS QUE LLEVAN A 
CABO LA RUTA C4 Y EL CICLO DE 
CALVIN
CARACTERISTICAS
MECANISMOS DE FIJACIÓN DE CO2
C3 C4 CAM
Requerimiento de energía
(CO2:ATP:NADPH)
1 : 3 : 2 1 : 5 : 2 1 : 6,5 : 2
Enzima Carboxilante RuDP carboxilasa
PEP carboxilasa y 
RuDp carboxilasa
PEP carboxilasa y 
RuDp carboxilasa
Tasa máxima de fotosíntesisneta
(mg de CO2 / dm2 hoja/ hora)
15 – 35 40 - 80 1 - 18
Fotorrespiración Presente No No
Temperatura Optima para:
a.- Fijación de CO2
b.- Crecimiento
15 a 25 º C
20 a 35 º C
30 a 47 º C
30 a 35 º C
≈ 35 º C
≈ 35 º C
Saturación a la luz En ¼ a ½ de la 
plena exposición
a plena exposición
a plena exposición
Producción de masa seca
(ton/ha/ año)
22 ± 3,3 38, 6 ± 16,9 variable
... 
C3 C4 CAM
Oryza sativa Zea mays Agave sp
Phaseolus vulgaris Sorghum vulgare Ananas sp
Triticum aestivum Cynodon dactylon Aloe vera
Gassypium hirsutum Sacharum officinarum Opuntia spp
Manguifera indica Chloris gayana Pereskia spp
Coffea arabica Cyperus rotundus Kalanchoe spp
Citrus sp Amaratus sp
Capsicum sp
Spinacea oleracea
EJEMPLOS DE ALGUNAS ESPECIES
relativamente bajas
C
C
BALANCE QUÍMICO DE LA FOTOSÍNTESIS
minerales del suelo
FACTORES QUE AFECTAN A LA FOTOSÍNTESIS
• FACTORES 
ENDÓGENOS:
Especie (tipo de planta)
 Estado nutricional
Área foliar
Edad de la hoja
• FACTORES EXÓGENOS:
Luz (Calidad, Duración e
Intensidad)
Concentración de CO2
Concentración de O2
Temperatura
Agua
Disponibilidad de nutrientes
FACTORES ENDÓGENOS
Especie (tipo de planta)  Estado nutricional
C3
C4
CAM
?
Tasa máxima de fotosíntesis neta
(mg de CO2 / dm
2 hoja/ hora)
C-3: 15 – 35
C-4: 40 – 80
CAM: 1 - 18
FACTORES ENDÓGENOS
Área foliar (AF)
define la capacidad de la cubierta
vegetal para interceptar la radiación
fotosintéticamente activa
ÍNDICE DE ÁREA FOLIAR (IAF) 
Es la relación entre el área de las 
hojas de un cultivo expresado en 
m2 y el área de suelo sobre el 
cual se encuentra establecido
expresado en m2
ÁREA FOLIAR(m2)
ÁREA SUELO (m2)
permite estimar la capacidad 
fotosintética en relación con el 
suelo disponible
RENDIMIENTO
ÍNDICE DE ÁREA FOLIAR (IAF) 
EDAD DE LA HOJA
FACTORES ENDÓGENOS
FACTORES EXÓGENOS
RADIACIÓN SOLAR (Calidad, Duración e Intensidad)
Las plantas C4 (adaptadas a climas secos
y cálidos) manifiestan un mayor
rendimiento que las plantas C3, y
nunca alcanzan la saturación
lumínica.
INTENSIDAD
PROTECCIÓN DE LAS PLANTAS CONTRA EL SOL 
EL PROCESO FOTOSINTÉTICO ES 
MÁS EFICIENTE CON NIVELES PROMEDIO DE INTENSIDAD
SOLAR
A pleno sol, 
especialmente a 
mediodía, las plantas 
absorben mucha 
más energía de la 
que pueden usar
Si no hay forma de dispersar la energía excesiva 
la clorofila pasa a un estado 
hiperexcitado (fotoinhibición)
dando como resultado una forma oxidante 
que puede causar daño a la planta e 
inclusive su muerte
…RADIACIÓN SOLAR
CALIDAD (RFA) DURACIÓN
FACTORES EXÓGENOS
 TEMPERATURA
35
…FACTORES EXÓGENOS
CONCENTRACIÓN DE CO2
CONCENTRACIÓN DE O2
FACTORES EXÓGENOS
AGUA DISPONIBILIDAD DE NUTRIENTES
LA FOTOSÍNTESIS Y EL CULTIVO DE PLANTAS
En condiciones de producción el ingeniero debe tener en 
cuenta los factores que influyen sobre la fotosíntesis y cómo puede 
regular lo que están a su alcance para obtener los mejores resultados.
Otra cuestión es la competencia entre las 
plantas por la luz, el H2O y nutrientes, y esto se resuelve con un 
adecuado marco de plantación. 
 La síntesis de materia orgánica a partir de la
fotosíntesis irá pasando de unos seres vivos a
otros mediante las cadenas tróficas, para
garantizar la ALIMENTACIÓN
(agricultura y forestal) del planeta
Mantienen el EQUILIBRIO DE LOS
GASES ATMOSFÉRICOS es responsable
de que podamos disponer del oxígeno que
necesitamos.
IMPORTANCIA DE LA FOTOSÍNTESIS
 Responsable del desarrollo de 
MEDICAMENTOS, 
CONSTRUCCIÓN,
PRODUCTOS INDUSTRIALES
VARIADOS 
CO2 fijado por cm2 de hoja 
IRGAPORÓMETRO
CONCLUSIONES
ESTUDIO INDEPENDIENTE
BIBLIOGRAFIA:
- Esaso, S.F. (2010). Fundamentos Básicos de Fisiología Vegetal y Animal 
- Lincoln, T. (2006). Fisiología Vegetal I y II
- Taiz, L., Zeiger, E., Møller, I., y Murphy, A. (2017). Fisiología y Desarrollo 
Vegetal. 6ta edición.