T14 QB - Fotofosforilación y Fotosíntesis

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Teórico 14
Fotofosforilación y Fotosíntesis 
Es el único proceso capaz de utilizar energía solar para sintetizar compuestos orgánicos. Todas las células fotosintéticas utilizan energía solar, CO2 y H2O para producir O2 y carbohidratos.
Estructuras de interés:
· El tallo y la raíz no interesan particularmente.
· En el corte de hoja vemos células mesófilo y cloroplasto, en este último se encuentra la materia necesaria para realizar la fotosíntesis. 
En una célula vegetal tenemos diferencias:
· Hay pared celular, estructura que determina la forma de la hoja.
· En las organelas subcelulares tenemos que existe un sub-compartimiento ocupado por la vacuola (van los desechos de los metabolitos intermediarios, metales o compuestos toxicos). Además la vacuola es la que determina el crecimiento de la célula. 
· Cloroplastos, presentan similitud estructural con la mitocondria. 
¿Qué es la fotosíntesis?
· Fotosíntesis literalmente significa “síntesis usando luz”.
· Es el proceso mediante el cual la E luminosa es transformada en E química por las plantas
· Se fijan anualmente 1,55 x 1011 toneladas de CO2, y aproximadamente el 60% se fija en la tierra
· La fotosíntesis la realizan los organismos que sintetizan clorofila, como las plantas, algunas bacterias y algas
· Las clorofilas son tetrapirroles 
Tetrapirroles o porfirinas 
· Los tetrapirroles modificados son macrociclos complejos que constituyen los pigmentos más abundantes de la naturaleza
· Son probablemente los grupos prostéticos más antiguos y cumplen funciones esenciales transferencia de energía, transducción de señales, fotosíntesis y diversos procesos catalíticos 
· Los representantes más conocidos son el hemo y la clorofila.
· La clorofila ,el tetrapirrol más abundante en plantas, está confinada en el cloroplasto, pero los grupos hemo están presentes en todos los compartimentos celulares.
Grupo HEMO
· Los hemo son Fe2+/3+-porfirinas y constituyen la segunda clase de tetrapirroles.
· El hemo funciona como grupo prostético o cofactor redox de muchas proteínas: en los citocromos de las cadenas de transporte de electrones mitocondriales y plastídicos, de las leghemoglobinas en los nódulos de leguminosas y en varias enzimas como las peroxidasas , catalasa y NADPH oxidasa.
Clorofilas
· La clorofila es un pigmento esencial en las plantas que cataliza la conversión de E solar en E química durante el proceso de la fotosíntesis.
· Es el pigmento cosechador de la luz del sol.
· Las clorofilas son Mg2+- porfirinas y son los tetrapirroles más abundantes en plantas
· Existen en concentraciones 50 veces mayores que los grupo hemo.
La localización de cada porfirina se muestra en la imagen de abajo para una célula vegetal:
La fotosíntesis se realiza en el cloroplasto ya sea en estructuras subcelulares o en el estroma. En la imagen hay un corte transversal de la hoja donde vemos los distintos tipos de células y dentro de ellas está el cloroplasto (solamente están en las hojas). Si saco una planta y adquieren color verde, las plantas presentan la capacidad de diferenciarse en cloroplasto, es decir, con capacidad de fotosintetizar (las raíces no, sino que reciben nutrientes desde las hojas, como no reciben luz solar directa son blancas). 
Todas las células de la planta son TOTIPOTENTES (obtengo un organismo completo a partir de una célula). Si yo regulo un balance hormonal de una planta puedo regenerar la planta. 
Dentro de las células de la hoja tengo a los cloroplastos, presentan 2 membranas con un espacio intermembrana → membrana externa permeable a pequeñas moléculas e iones, y una membrana interna que encierra el compartimento interno; dentro hay estructuras que son como si fueran pilas de monedas que forman un sistema membranoso de sacos aplanados denominados tilacoides y se encuentran conectados entre sí con otra pila de tilacoides a través de lamedas, los tilacoides se disponen entonces en el cloroplasto en lo que llamaremos estroma → aquí se realiza la fotosíntesis, es decir, algunas reacciones se darán en el estroma y otras en los tilacoides. 
Cloroplastos
· Las clorofilas y los demás pigmentos fotosintéticos se ubican en las membranas tilacoidales. Estos constituyen el complejo cosechador de luz. 
· En las plantas predominan las clorofilas a y b, que absorben la luz roja y azul.
· Los pigmentos accesorios son los carotenos absorben en el azul y verde, las ficobilinas, que absorben amarillo-verde y amarillo- naranja y las xantófilas.
Si solamente hubiera clorofilas actuando en la fotosíntesis sería ineficiente, porque toda la energía que llega en forma de energía solar es demasiada entonces es imposible que aproveche toda la energía, estos pigmentos accesorios capturan energía y transfiriendo a las clorofilas, de manera que el “rendimiento” fotosintético sea más eficiente. 
El sol es capaz de emitir longitudes de onda entre UV e infrarrojo, las plantas aprovechan cierta parte de estas. En los picos de absorción de los compuestos fotosintéticos vemos clorofila b y a, ß-caroteno, luteína, etc. Y vemos que es aprovechado mucho mejor la absorción con mayor cantidad de pigmentos.
¿Qué sucede cuando la clorofila absorbe luz? Estas tiene 2 picos de absorción (azul y rojo), hay 1e- de la clorofila que se excita pasa a amyor energía y cómo es inestable se desexcita primero emitiendo calor y luego el resto de energía como fluorescencia. 
Entonces absorbe entre 8 a 10 fotones, pasa a un estado excitado y luego sucede la desexcitación para volver a su estado basal:
· emisión de fluorescencia
· liberación de calor (sin emisión, quenching no fotoquímico). 
· transferencia de energía a otra molécula
· reacciones fotoquímicas (quenching fotoquímico)
Reacción de balance de la fotosíntesis 			
La fotosíntesis es un proceso de óxido-reducción (redox) biológico que se realiza en los cloroplastos, donde el CO2 es el aceptor de electrones, y H2A es cualquier compuesto reducido que puede servir como donor de electrones (H2O). Termina formando hidratos de carbono y O2. Los heterótrofos aeróbicos, ej: humanos, utilizan el O2 formado para degradar productos orgánicos de la fotosíntesis ricos en energía a CO2 y H2O, generando ATP; así el CO2 vuelve a la atm para ser usado nuevamente por los organismos fotosintéticos. De este modo la energía solar proporciona la fuerza impulsora del ciclo continuo de CO2 y O2 a través de la biosfera.
La fotosíntesis consta de 2 etapas:
1. Las reacciones químicas en las cuales el agua es oxidada a O2, el NADP+ es reducido y se forma el ATP, son conocidas como las reacciones luminosas o reacciones tilacoidales, dado que se llevan a cabo en los tilacoides, o dependientes de la presencia de luz, es la Fase luminosa.
2. La fijación del CO2 y las reacciones de reducción son llamadas reacciones del estroma o de fijación de C, es la Fase oscura.
Fase luminosa
Es estrictamente dependiente de la LUZ. 		 	 	 		
· Depende de la cooperación entre varios tipos de moléculas como pigmentos (complejos antena) y proteínas transportadoras de electrones (complejo centro de reacción).
· En estos centros de reacción se llevan a cabo las reacciones químicas de oxidación y reducción para conservar la E				
· Los complejos antena cosechadores de luz (LHCI y LHC II) y el complejo del centro de reacción están formados por clorofila a y b, y los pigmentos accesorios como xantófilas y carotenos, además de proteínas, unidos por enlaces no covalentes pero altamente específicos.
· La única clorofila capaz de transferir e- a un aceptores es la clorofila del centro de reacción y es siempre una clorofila a. Todos los demás se excitan y TRANSFIEREN energía a otra clorofila. 
· La relación entre clorofila a y b es 3/1 aproximadamente.
· Los sistemas antena aumentan notablemente no sólo la variedad de λ absorbidas sino también eficiencia de la fotosíntesis.
Absorción de la luz
En la fotofosforilación (análogo a la fosforilación oxidativa en las mitocondrias) los e- fluyen diferente que en la células animales; elH2O es el dador de e- para formar NADPH, proceso endergónico ¿cómo? El H2O presenta un potencial de reducción estándar 0,816 V, comparado con NADPH -0,320 V (buen dador de e-), entonces la E luminosa ayuda a crear un buen dador e- y un buen aceptor e- siendo así que los e- fluyen por transportadores unidos a la membrana como citocromos, quinonas y proteínas ferro-sulfuradas, a la vez que H+ se bombean a través de la membrana generando un potencial electroquímico → este es la fuerza impulsora para la síntesis de ATP a partir de ADP + Pi.
Concepto de transferencia de E
Los pigmentos en las membranas tilacoidales que absorben luz estan dispuestos en conjuntos funcionales denominados fotosistemas. 
Los que esta rosa son las proteínas y en verde los pigmentos, cuando llega un fotón de luz e impacta sobre la clorofila; la clorofila se excita a un estado de mayor energía y cuando vuelva a su estado basal pasa a otra clorofila la energía → estas serán las moléculas antena, en su centro de reacción que corresponde a la clorofila a va a ser capaz de pasar a un estado de mayor E que los anteriores y el e- puede ser transferido a una cadena de transporte hacia un aceptor (primer paso de óxido-reducción). 
En la imagen de la derecha lo verde representa las clorofilas y lo que está en rosa/azul sería el centro de reacción. Llega un rayo de luz, absorbe esa energía y pasa a un estado excitado de mayor energía,
1) Se produce una transferencia de E desde la clorofila antena excitada a una molécula de clorofila vecina, que queda excitada al tiempo que la primera vuelve a su estado basal.
2) Esta transferencia de E se repite a un tercer, cuarto vecino y así se va pasando energía hasta que llega a una clorofila adyacente al centro de reacción.
3) Está clorofila a al pasar al estado basal pasa la energía a un e- vecino del centro de reacción, ese e- pasa al estado excitado dejando a la clorofila a con un e- menos (“hueco electrónico” indicado con el signo +)
4) El aceptor adquiere carga negativa y el e- faltante en la clorofila a es reemplazado por un e- de una molécula dadora vecina. 
5) La molécula vecina que cedió su e- queda con carga positiva y de esta forma la excitación de luz produjo una separación de cargas, entonces se transformó en un reductor fuerte e inició una cadena óxido-reducción. 		
· La clorofila en estado basal (Chl) no es un gran agente reductor, pero en estado excitado (Chl*) sí lo es.
· La Chl* tiene un e- laxamente unido en un orbital, por ello puede reducir a un oxidante mediante una reacción redox.
· Chl* + A → Chl+ + A- 
La primera consecuencia bioquímica de la absorción de luz es que la clorofila se convierte en un reductor en una reacción redox que no hubiera ocurrido en la oscuridad, generando una separación de cargas eléctricas que inicia la cadena de óxido-reducción en la membrana tilacoidal del cloroplasto.
La fotosíntesis oxigénica requiere de 2 fotosistemas que operan en serie:
· Fotosistema II o PSII: absorbe luz roja de 680 nm y funciona pobremente con la luz rojo- lejano. Produce un oxidante muy fuerte (clorofila P680+), capaz de oxidar el agua, y un reductor más débil.
· Fotosistema I o PSI: absorbe luz a mayores a 680 nm (700 nm), en el rojo lejano. Produce un reductor fuerte (Ao-, reduce NADP+) y un oxidante débil.
Estos fotosistemas están absorbiendo luz permanentemente. 
Fotosistema II
· Tiene 2 centros de reacción con más de 20 proteínas y algunos complejos antena.
· El corazón centro de reacción consiste en proteínas de membrana, D1 y D2, y otras como CP43 y CP47.
· Clorofila primaria donante (P680), otras clorofilas, feofitinas, carotenoides y plastoquinonas.
· El Mn es un factor esencial en el proceso de transporte de e-
MECANISMO = cuando se absorbe un fotón a través de las moléculas antena, el exciton resultante se desplaza a través de pigmentos hasta alcanzar el centro de reacción donde excita P680, par especial de moléculas de clorofila a, para iniciar la fotoquímica. 
La excitación de P680 → P680*, este es un buen dador de e- que los transfiere a la Pheo → Pheo- mientras P680 se transforma en un radical catiónico P680+. Pheo- pasa su e- rápidamente a la plastoquinona → PQA que se encuentra una a proteínas que pasan su e- a otra plastoquinona → PQB, cuando PQB adquiere 2e- a partir de A y 2H+ del agua disolvente en el estroma, se encuentra en su forma totalmente reducida como quinol (PQBH2). Reacción global :
4 P680 + 4H+ + 2 PQB + 4 fotones → 4 P680+ + 2 PQBH2
Los e- de la plastoquinona B pasan por citocromo b6f y el e- faltante de la P680 es reemplazado por un e- obtenido de la oxidación del H2O. 
Fotosistema I
· En este fotosistema, el complejo antena de 100 moléculas de clorofila es parte del centro de reacción del P700.
· El corazón de la antena y el P700 están unidos a 2 proteínas de 70 kD, la PsaA y la PsaB.
· Además hay 3 proteínas del tipo Fe-S proteínas, FeSx, FeSA y FeSB.
· Contiene otra Fe-S proteína soluble, la ferredoxina (Fd).
· Y una flavoproteína asociada a membrana, la ferredoxina–NADP reductasa (FNR).
MECANISMO = similar al PSII, el centro de reacción excitado en este caso es P700 → P700*, que cede un e- a una aceptor Ao (molécula de clorofila a, homóloga a la feofitina del PSII) → Ao- y queda P700 como P700+, generando la separación de cargas en el centro de reacción fotoquímico. 
· P700+ actúa como un oxidante fuerte que capta un e- de la plastocianina, proteína transportadora de e- que contiene Cu. 
· Ao- actúa como el agente reductor fuerte que pasa su e- a través de una cadena transportadora de e- llegando finalmente a NADP+. Entonces en el pasaje de e-, pasará por la ferredoxina, proteína Fe-S, y como cuarto transportador e- encontramos a la ferredoxina: NADP+ oxidorreductasa que termina por reducir al NADP+ → NADPH. Reacción global :
2 Fdred + 2H+ + NADP+ → 2 Fdoxid + H+ + NADPH
En conclusión, la luz impacta PSII, se transfiere a partir de una cadena de transporte de e- termina en el PSI.
Esquema Z de la fotosíntesis
Es el detalle de la cadena de transporte de e- entre PSII y PSI, incluyendo la fotólisis del H2O. 
El H2O es una molécula muy estable, pero puede llegar a romperse gracias a la energía luminosa. 
La cadena se ubica según los potenciales de oxido-reducción. 
¿Cómo inició este pasaje? La luz roja absorbida por el PSII produce un oxidante fuerte y un reductor débil. La luz rojo lejano absorbida por el PSI produce oxidante débil y reductor fuerte.
El oxidante producido por PSII oxida el agua, y el reductor fuerte reduce NADP+
P680 y P700 son los λ máximos de absorción de las clorofilas del centro de reacción en PSII y PSI, respectivamente.
Toda esta cadena me sirve para generar el poder reductor NADPH que será utilizada para la síntesis de HdeC. 
Dijimos previamente que la clorofila se transforma en reductor queda deficiente en e-, la luz junto con el estado oxidante hace que se rompa H2O → O2 + H+ (fotolisis de agua).
· Cada fotosistema es responsable de impulsar los e- en un camino “cuesta arriba” en la E.			
· El PSII impulsa los e- desde un nivel energético menor al del H2O en el extremo de baja E hasta el PSI, el cual eleva los e- hasta un nivel energético mayor que el del NADP+.				
· Cuando la luz incide, se absorbe E simultáneamente en los pigmentos de los 2 fotosistemas y los e- fotoexcitados son transferidos a un aceptor primario de e-.
Fotólisis del H2O			
· El desdoblamiento del H2O es altamente endergónico.				
· Se estima que la formación de 1mol de O2 durante la fotólisis requiere la pérdida “simultánea” de 4e- procedentes de 2 H2O.
· 2 H2O → 4H+ + O2 + 4e-
La ruptura de la molécula de agua es posible por el alto poder oxidante y reductor de la P680 excitada.
Un fotón aislado no es suficiente energía para romper los enlaces del agua; por ello, para esta reacción se requieren de 4 fotones, los 4e- extraídos del agua no pasan directamente al P680+, siendo que este solo puede aceptar de 1e- a la vez. En su lugar, el dador electrónico al P680+ es un residuo de Tyr de la subunidadD1, la Tyr → =Tyr (radical neutro), este busca recuperar su e- y H+ perdido por oxidación de un agrupamiento de 4 Mn y un ion Ca en el complejo de escisión del agua.
Entonces tenemos Mn2CaO5 queda en un estado muy oxidado; cuatro transferencias electrónicas correspondientes c/u a la absorción de un fotón, produce una carga 4+ sobre el complejo Mn2CaO5, y en este estado puede tomar 4 e- de un par de H2O liberando O2 y 4 H+, los protones se liberan a la luz del tilacoide.
2 H2O + 4 FOTONES + 2 PQB → O2 + 2 PQBH2
Complejo evolucionador del O2
Mecanismo de transporte de e- y H+ en el complejo b6f			
Es para entender cómo se transfieren los H+ y como se acidifica el lumen del tilacoide, y como se alcaliniza el estroma. 
Los e- parte del PSII después llegaron a reducir una plastoquinona que tiene 2H+ y 2e-, estos los transfiere al complejo citocromo b6f; 1e- pasa a una hierro azufre proteína que termina por pasarse a una plastocianina que es el último elemento de la primera parte de la cadena, este se lo pasa al PSI.
El otro e- pasa a un Cyt b, a otro Cyt b y a una semiquinona reducida que va a tener 1e-; en un segundo paso, vuelve a cumplirse el ciclo y la quinona semi reducida toma 2H+ del estroma del cloroplasto transformándose en una plastoquinona y entra en el circuito mencionado. 
Como resultado de este ciclo se bombean 4 H+ a la luz del tilacoide cada par e- que pasan por el complejo citocromo b6f, el resultado es la producción de un gradiente de H+ a través de la membrana del tilacoide a medida que pasan los e-, dado que el volumen de la membrana aplanada es pequeña la entrada de un pequeño número de H+ genera un efecto grande sobre el pH, en el estroma pH 8 y en la luz pH 5, generando una importante fuerza motriz para la síntesis de ATP. 
Interferir este paso, es como funcionan los herbicidas.
Síntesis de ATP en el cloroplasto
· La síntesis de ATP dependiente de la luz se conoce como fotofosforilación.
· La enzima es la ATP sintasa.
· En condiciones normales, la fotofosforilación requiere flujo de e- , pero en algunas circunstancias, el flujo de e- y la fotofosforilación pueden estar desacoplados
· La fotofosforilación procede por un mecanismo de quimiosmosis
¿Cómo ocurre esto?
Se descubrió que se genera ATP en ausencia de luz, aislaron el tilacoide de cloroplasto y equilibrado en pH 4 cambiaron a pH 8 agregando ADP + Pi. Ese cambio de pH crea un gradiente de protones → quimiosmosis. Siempre que haya cargas positivas o negativas desequilibradas, se genera un gradiente que da energía para realizar trabajo. 
El principio básico de la quimiosmosis se basa en que la diferencia de concentración de iones y de potencial eléctrico a través de la membrana son una fuente de E libre para ser usada por la célula.
Las diferencias entre el potencial químico de cualquier especie molecular, cuyas concentraciones no son las mismas en los lados opuestos de la membrana, proveen una fuente de E para la célula. La dirección en la traslocación de H+ hace que el estroma se vuelva más alcalino y el lumen más ácido (más H+) luego del transporte de e-.
La relación de H+ en el interior del tilacoide vs el exterior es alrededor de 10.000:1, lo que representa una diferencia de 4 unidades de pH.
Para dirigir 4 e- desde el H2O al NADP+ se han de absorber al menos 8 fotones, la energía de 8 fotones (1 fotón por e- en cada centro de reacción) de luz visible es más que suficiente para generar 3 ATP por O2 producido. A medida que se desplazan los e- desde el H2O al NADP+ en los cloroplastos, se desplazan alrededor de 12 H+ desde el estroma hacia la luz del tilacoide por cada 4 e- pasados, es decir, cada O2 formado. 4 H+ se desplazan por el complejo que desprende O2 (PSII) y hasta 8 H+ por el complejo del citocromo b6f.
· La E total disponible para la síntesis de ATP es llamada fuerza protón motriz, y está representada por la suma del potencial químico de los protones y por el potencial eléctrico transmembrana
Δp = ΔE − 59 (pΗi − pΗο)
· Se requieren 4 H+ por cada molécula de ATP que se sintetiza.
· La ATP sintasa se encuentra solamente en membranas tilacoidales mirando hacia el estroma (lamella) y en los bordes de los sacos de grana.				
· Esta enzima es un complejo de 400kD que tiene varios nombres: ATP sintasa, ATPasa o CFo-CF1
Hasta ahora vimos un transporte acíclico de e-, cuando tiene demasiado poder reductor ocumulado realiza un transporte cíclico y solo produce E. 
Fosforilación cíclica: El flujo cíclico de e- produce ATP pero no NADPH ni se libera O2. Sólo interviene el PSI. Los e-que pasaron desde P700 a la ferredoxina vuelven a través del complejo del citocromo b6f a la plastocianina, que cede los e-al P700+
Fotoinhibición: es un proceso que es la inhibición de fotosíntesis causada por la luz, si hay mucha hay exceso de fotones que llega a la planta; está a su vez tiene un mecanismo de defensa que trata que los productos tóxicos producidos por el impacto de la luz disminuyan sino la célula se daña. La planta supera las defensas antioxidantes y se produce este proceso.
Factores que afectan la fotosíntesis
Las reacciones luminosas y de fijación de CO2 están conectadas a través de un pool de ATP/ADP y NADPH/NADP+
· Las altas T afectan la estabilidad de los complejos proteicos y la fluidez de las membranas tilacoidales.
· Las bajas T enlentece las reacciones catalizadas por enzimas.
· La sequía causa el cierre estomático, disminuyendo la entrada de CO2 y las reacciones de fijación del C.
· El cierre estomático altera la transpiración y la regulación de la T por este proceso.
· La deficiencia de nutrientes o su toxicidad puede alterar el transporte de electrones.
Fase oscura
Ciclo de Calvin : hasta ahora hicimos ATP y NADPH, este se utiliza para generar triosa fosfato y hexosa fosfato que luego se transforma en almidón, triosa y sacarosa según lo que necesite la planta.			
Consta de 3 etapas: carboxilativa, reductiva y regenerativa
· En el ciclo, el CO2 y H2O del ambiente se combinan con un aceptor de 5C (ribulosa-1,5-bifosfato o RuBP) para generar 2 moléculas intermediarias de 3 C, el 3-fosfoglicerato (3-PG).
· El 3-PG se reduce a carbohidrato usando el ATP y NADPH generados fotoquímicamente.
· El ciclo se completa por la regeneración del RuBP 
Pasos
1. La carboxilación del aceptor ribulosa-1,5- bifosfato (RuBP) formando 2 moléculas de 3- fosfoglicerato, 3-PG, el primer intermediario estable del ciclo.
2. Reducción del 3-PG, formando gliceraldehído-3-fosfato
3. Regeneración del RuBP a partir del gliceraldehído 3-P
En total, 3 mol de CO2 (3 C) se fijan a 3 mol de RuBP (15C) para formar 6 mol de 3-PG (18C) (en equilibrio con la dihidroxiacetona-P, DHAP)
En la 3era etapa, 5 de las 6 moldes triosas fosfato (15 C) se usan para regenerar 3 mol de RuBP (15 C), que es el material de partida. La reacción entre CO2 + RuBP es catalizada por la enzima cloroplástica Rubisco (ribulosa 1,5-bifosfato carboxilasa/oxigenasa).
Rubisco : Tiene 8 subunidades mayores y menores. Presenta 2 propiedades importantes
1. El cambio negativo en la E libre asociado a la carboxilación de la RuBP es grande, lo cual favorece la reacción en ese sentido. 
2. La afinidad de la rubisco por el CO2 es suficientemente alta como para asegurar una carboxilación rápida a bajas cc de CO2 que se encuentra en las células fotosintéticas.
Se calcula que hay 600 moléculas de O2 por cada mol de CO2 y la cc de los sitios activos de las Rubisco en los cloroplastos es 500 veces mayor que el CO2. 
Es la enzima más regulada de la fotosíntesis, no es una regulación común. Hay una Lys unida a un amonio permanentemente (forma inactiva), la RuBP inhibe la carbamilacion al unirse al sitio activo bloqueando la conformación “cerrada” haciendo la Lys inaccesible. La rubisco activasa supera la inhibición al promover la liberación de la RuBP dependiente de ATP con lo que permite exponer el residuo Lys a la carbamilación no enzimática por CO2, cuando se activa une el residuo nitrógeno a un CO2 que hace complejo con Mg2+.
Etapa 1
Se producela condensación de CO2 con un aceptor, ribulosa 1,5 bisP, con formación de 3-PG; aquellas plantas cuyo compuesto inicial 3-PG de 3 carbonos es el primer intermediario se denominan plantas C3. La enzima que cataliza esta incorporación ya la mencionamos, es la rubisco, en este caso ejerce su acción carboxilasa (más adelante se describe su acción oxigenasa). La enzima cataliza tanto la unión como rotura del intermediario inestable de 6C con formación de 2 3-PG, una de las cuales porta el nuevo carbono del CO2
Etapa 2
El 3-PG se convierte en G3P en 2 pasos (enzimas de la glucólisis), utilizando como cofactor NADPH en vez de NADH, este cataliza el pasaje de 1,3-bisPG → G3P + Pi por la gliceraldehído 3P deshidrogenasa donde NADPH → NADP+. El estroma contiene todas las enzimas glucolíticas excepto la fosfoglicerato mutasa. 
La mayor parte de las triosas fosfato producidas se usan para regenerar a la RuBP, el resto se convierte en almidón que es almacenado para su uso posterior, o se exporta al citosol y se convierte en sacarosa. 
Etapa 3
El 3-PG experimenta una serie de transformaciones que regeneran RuBP. Se requiere de su regeneración para que el flujo de CO2 se mantenga constante hacia glúcidos.
En la regeneración del compuesto se terminan consumiendo 3 ATP y 5 3-PG para obtener 3 RuBP. 
RESUMEN DE LOS PASOS
Rendimiento energético:
· El producto neto del ciclo de asimilación del C es 1 (una) molécula de triosa fosfato (gliceraldehído-3-fosfato).
· Las otras 5 moléculas de triosas fosfato se usan para regenerar la ribulosa-1,5- bifosfato.				
· Por cada molécula de triosa fosfato se requieren 9 ATP y 6 NADPH (3 ATPs + 2 NADPH por cada CO2 fijado).
· 8 de los fosfatos se liberan como Pi, que se unen a 8 ADP para regenerar 8 ATP.
Regulación del ciclo de Clavin: hay 2 mecanismos
1. La transformación de uniones covalentes como la reducción de disulfuros y la carbamilación de grupos amino, lo que genera una enzima modificada.
2. La modificación de uniones no-covalentes, como la unión de metabolitos o cambios en el pH.
Regulación de las enzimas por la luz:
1. Rubisco
2. NADP : gliceraldehído 3P deshidrogenasa
3. Fructosa 1,6-bifosfatasa
4. Sedoheptulosa 1,7-bifosfatasa
5. Ribulosa 5P kinasa.
Fotorrespiración 
Es una reacción secundaria no productiva que tiene lugar durante la fijación de O2,
Sistema ferredoxina-tiorredoxina → La activación se inicia en la luz por una reducción de la Fd por el PSI. Esta Fd reducida + 2H+ se usan para reducir un grupo disulfuro catalíticamente activo (—S—S—) de la tiorredoxina catalizada por la enzima Fd-tioredoxina reductasa, la cual reduce el disulfuro altamente específico de la proteína. La forma reducida de la tioredoxina (—SH HS—) reduce luego la unión disulfuro crítica (convierte —S— S— a —SH HS—) de una enzima target y lleva a su activación. La señal lumínica se convierte entonces en una señal —SH.
El 3PG termina dando O2; otra parte donde la ribulosa 1,5-BP fija O2, es decir, utiliza O2 (ciclo C2, es la pérdida de CO2 debido a la propiedad oxigenasa de la rubisco). Pasa de la siguiente manera en la imagen de abajo, requiero de compartimentos (peroxisoma, cloroplasto y mitocondria).: 
1) La rubisco no tiene especificidad absoluta por el CO2, por ello compite con O2 en el sitio activo y, en ¾ ciclos la rubisco cataliza la condensación de O2, por su actividad oxigenasa, a la RuBP → 3-fosfoglicerato + 2-fosfoglicerato.
2) La célula transforma este último en glicolato, este se exporta al peroxisoma.
3) El glicolato se oxida generando peróxido de hidrógeno y pasa por acción de una catalasa a glioxilato, este transamina con glutamato para dar ⍺-cetoglutarato y glicina, esta última pasa a mitocondria.
4) Por un complejo enzimático la glicina se descarboxila, pierde amonio (se puede utilizar para dar AA), CO2 y genera poder reductor. Pasa a serina que vuelve a entrar al peroxisoma, transamina con glutarato, da hidroxipiruvato dando glicerato vuelve al cloroplasto, y el glicerato se fosforila usando ATP y da 3-PG útil. 
El 75% de carbono se recupera y el 25% se pierde.
Plantas C4 y CAM
· Hay plantas que no generan 3PG como primer producto estable de fijación de CO2, sino un compuesto de 4C.
· Ese intermediario puede ser oxalacetato o aspartato.
· Estas plantas no fotorespiran por tener un mecanismo de cc de CO2 en los alrededores de la rubisco. 
· Las C4 presentan una anatomía foliar inusual, con 2 tipos de células con cloroplastos:
· células mesófilo
· células de la vaina. Están alejadas de donde impacta el calor y entre ambos tipos se realiza la fotosíntesis.
Ciclo C4
El CO2 se fija sobre el fosfoenolpiruvato utilizando la enzima pepcarboxilasa. Eso da un compuesto de 4C que se reduce a malato y pasa a las células de la vaina, el malato se reduce a piruvato y acá se produce el proceso de concentración de CO2 (el ciclo de Calvin). El CO2 se fija para dar 3-PG. Resumiendo:
1. Fijación de CO2 en un ácido de 4C en mesófilo.
2. Transporte del ácido de 4C desde el mesófilo a las células de la vaina. 
3. Decarboxilación del ácido de 4C y generación de alta concentración de CO2 en las células de la vaina. El CO2 liberado se fija por la rubisco y es convertido en HC en el ciclo de Calvin.
4. Transporte del ácido de 3C residual de nuevo hacia el mesófilo donde es regenerado el aceptor original de CO2 , el PEP.
Las más conocidas son maíz, caña de azucar (C4) y suculentas, cactus, ananá o epífitas (CAM). Las C4 se encuentran en ambientes calurosos y las CAM en climas desérticos. 
En estas plantas se utilizan 5 ATPs y 2 NADPH por cada CO2 fijado. 
Reacciones del ciclo C4
CAM
Las plantas CAM tienen un “temporizador” para la realización de la fotosíntesis ¿por qué? para eficientizar el uso de agua porque las plantas cierran los estomas (están en la parte subepidérmica de las hojas) durante el día cuando las T son elevadas. 		
· Durante la noche,el CO2 es capturado por la PEP carboxilasa en el citosol, y el malato, que se forma a partir del oxalacetato, es almacenado en la vacuola.
· Durante el día, el malato almacenado es transportado al cloroplasto y decarboxilado por la enzima málica NADP-dependiente, el CO2 liberado es fijado por el ciclo de Calvin y el NADPH es usado para convertir las triosas-fosfato decarboxiladas en almidón o sacarosa.