2 1 1 - Fotosíntesis y respiración Aspectos generales y relaciones entre ambas funciones

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República Bolivariana de Venezuela
Ministerio del Poder Popular para la Educación
Unidad Educativa: Colegio San Agustín – El Marqués
2.1.1.- Fotosíntesis y respiración. Aspectos generales y relaciones entre ambas funciones.
La vida en la Tierra depende del flujo de energía procedente de las reacciones de fusión entre átomos de H para formar He que suceden en el sol.
Los cloroplastos captan y almacenan la energía del sol en enlaces ricos en energía C-C, C-H.
Las mitocondrias degradan estos compuestos y transfieren la energía almacenada a moléculas de ATP en el proceso de respiración celular, que consume O2 y produce CO2 y H2O.
La nutrición autótrofa
La fotosíntesis consiste en fabricar nutrientes orgánicos (glúcidos) gracias a la energía del sol y materia inorgánica.
ENERGÍA
Materia inorgánica
Dióxido de carbono + agua + Luz solar para obtener glúcidos y liberar oxígeno
 6CO2 + 6H2O + Luz solar C6H12O6 + 6O2
La realizan los seres vivos que fabrican su propia materia orgánica a partir de materia inorgánica y luz solar. Realizan la fotosíntesis. (Plantas, algas, algunas bacterias)
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Nutrición heterótrofa
 Los organismos con nutrición heterótrofa no pueden fabricar materia orgánica a partir de materia inorgánica. Por ello, la toman de otros seres vivos o sus restos.
 Un ejemplo de organismos heterótrofos son los animales.
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La fotosíntesis 
Definición
 Es un proceso propio de organismos autótrofos.
 Consiste en la fabricación de materia orgánica (glúcidos) a partir de materia inorgánica (CO2 y H2O) y energía solar.
 No es excluyente con la respiración. Las plantas siguen respirando durante el día a la vez que realizan la fotosíntesis.
Se realiza en los cloroplastos cuando hay luz solar.
¿Cómo es el proceso de fotosíntesis?
1
2
3
4
Llegan CO2 y H2O
Llega energía solar
Se genera O2 como desecho 
Se fabrican glúcidos
La respiración celular 
¿Cómo es el proceso de la respiración?
1
2
3
4
Llegan glúcidos
Llega O2
Se libera energía
Se genera como desecho CO2 y H2O.
Definición
 Es un proceso que realizan todos los seres vivos las 24 horas del día.
 Consiste en obtener energía a partir de materia orgánica (glúcidos) y oxígeno.
Las plantas siguen respirando durante el día a la vez que realizan la fotosíntesis.
Glúcidos y oxígeno para obtener energía y se produce dióxido de carbono + agua
 C6H12O6 + 6O2 Energía + 6CO2 + 6H2O 
Los procesos de la nutrición
Respiración
 En dicho proceso, la mitocondria toma oxígeno, obtiene energía de los nutrientes (glúcidos), y expulsa dióxido de carbono y agua.
Oxígeno
Glúcidos
Dióxido de carbono
Agua
Mitocondria
Energía
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 La respiración celular es un proceso que realizan todas las células sin excepción, ya tengan nutrición autótrofa o heterótrofa.
 La fotosíntesis únicamente la realizan los organismos con nutrición autótrofa. 
La función de la respiración es obtener energía a partir de glúcidos.
La función de la fotosíntesis es almacenar energía solar y fabricar materia orgánica.
Oxígeno
Dióxido de carbono
+
Agua
Energía
Dióxido de carbono
+
Agua
Oxígeno
Comparación de los procesos de respiración y fotosíntesis.
Respiración
Fotosíntesis
Energía
Usos de la energía producida 
Crecimiento
Mantenimiento de las estructuras
Transporte de metabolitos e iones
Procesos de reparación
Reproducción 
República Bolivariana de Venezuela
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Unidad Educativa: Colegio San Agustín – El Marqués
2.1.2.- La fotosíntesis: etapas de la fotosíntesis, ciclo de Calvin. 
Parte 1 
FOTOSINTESIS
ENERGÍA LUMINOSA
ENERGÍA QUIMICA
REQUIERE
SE TRANSFORMA EN
MOLECULAS ORGANICAS
EN FORMA DE
LAS CELULAS
COMPONENTES 
ESTRUCTURALES DE
OCURRE EN
ANIMAL
VEGETAL
CLOROPLASTOS
TIENEN
TILACOIDES
CONTIENEN
PIGMENTOS FOTOSINTETICOS
CLOROFILA
A
B
COMO
CAROTENOIDES
LUZ EN LA FOTOSINTESIS
El espectro electromagnético
Todas las ondas del espectro electromagnético tienen propiedades similares pero difieren en sus longitudes de onda. Las ondas de radio son las de mayor longitud de onda (y las menos energéticas), con valores cercanos a
los 20 km. Las ondas de los rayos gamma son las de menor longitud de onda (y las más energéticas). La luz visible representa una pequeña fracción del espectro electromagnético y consiste en una mezcla de ondas cuya longitud
de onda está en el rango entre 380 y 760 nm. La fotosíntesis utiliza la energía de las ondas de la luz visible.
Interacciones entre la luz y átomos o moléculas
(Arriba) Cuando un fotón de energía luminosa choca con un átomo o a una molécula de la cual el átomo es una parte, la energía del fotón puede empujar a un electrón hacia un orbital más alejado del núcleo (es decir, en un nivel energético más alto). (Abajo a la izquierda) Si el electrón regresa al nivel de energía más bajo (más estable), entonces se puede liberar la energía como un fotón menos energético con mayor longitud de onda, conocido como fluorescencia (que se observa), o como calor. (Abajo a la derecha) Si hay aceptores de electrones disponibles, el electrón puede abandonar el átomo. Durante la fotosíntesis, un aceptor de electrones captura al electrón energizado y lo transfiere a una cadena de aceptores.
PROCESOS FOTOQUIMICOS
PROCESOS BIOQUIMICOS 
Energía del Foton
Diagrama-Z
ATP NADPH+H+
CO2 fixation
Ciclo de Calvin
FOTOSINTESIS
EXPERIMENTOS DE CALVIN-BENSON-BASSAN
CICLO DE
CALVIN-BENSON
CLOROPLASTOS
La clorofila consiste en un anillo de porfirina y una cadena lateral hidrocarbonada. El anillo de porfirina, con un átomo de magnesio en su centro, contiene un sistema alternativo de enlaces simples y dobles; por lo común se encuentran en moléculas que absorben fuertemente ciertas longitudes de onda de luz visible y reflejan otras (la clorofila refleja el verde). Observe que arriba a la derecha, en el diagrama, el grupo metilo (- CH3) distingue a la clorofila a de la b, que tiene un grupo carbonilo (- CHO) en esta posición. La cadena lateral hidrocarbonada es de carácter hidrófobo y fija la clorofila a la membrana del tilacoide.
Comparación del espectro de absorción de las clorofilas a y b y el espectro de acción de la fotosíntesis
Las reacciones dependientes de luz que ocurren en los tilacoides capturan moléculas de energía como ATP y NADPH, capaces de impulsar reacciones de fijación de carbono en el estroma.
Los fotosistemas I y II consisten en un centro de reacción y de múltiples complejos antena
Las moléculas de clorofila (círculos verdes) y los pigmentos accesorios (que no se muestran) están organizados en arreglos captadores de luz, o complejos antena. Se muestra una parte de tal estructura dentro de un fotosistema. Cada complejo consiste de varios cientos de moléculas de pigmento, en asociación con proteínas especiales (que no se muestran).
Esas proteínas mantienen a los pigmentos en una disposición espacial altamente ordenada, en forma tal que cuando la molécula de un complejo antena absorbe un fotón, la energía derivada de ese fotón se transfiere fácilmente de una molécula de pigmento a otra (flecha negra). Cuando esta energía llega a una de las dos moléculas de clorofila en el centro de reacción fotoquímico (diamantes verdes), se excita un electrón y es capturado por un aceptor primario de electrones.
Transporte acíclico de electrones
En el transporte acíclico de electrones, la formación de ATP está acoplada a una ruta específica para el flujo de los electrones energizados del H2O hacia el NADP+. En realidad sólo pasa un electrón por la cadena de transporte de electrones; en esta figura se muestran dos porque se necesitan dos electrones para formar una molécula de NADPH.
Comparación de transporte
cíclico y acíclico de electrones
Los portadores de electrones asociados con la membrana del tilacoide transfieren electrones energizados del agua hacia el NADP+ y forman NADPH. El ATP se genera por quimiosmosis.Comparación de la fotosíntesis con la respiración aeróbica
REACCIONES DE FIJACIÓN DE CARBONO
ACTIVACION DE LA RUBISCO POR LA LUZ
C-14
Acido 3- Fosfoglicerico es Reducido a Gliceraldehido-3-Fosfato y 1 de cada 6 moléculas de triosa fosfato es exportada desde el CLOROPLATO
Al Citoplasma
Regeneración de la RuBP
Resumen de la fotosíntesis
Resumen de la fotosíntesis
RESUMEN DE FOTORRESPIRACION:
Se pierde la energía utilizada en la regeneración del aceptor RuBP
Se pierde más energía en reciclar el compuesto de 2 carbonos ACIDO GLICOLICO
Altas intensidades de iluminación, baja presión parcial de CO2 y alta de O2 favorecen la FOTORRESPIRACION
Las plantas C3 pueden perder hasta el 25% del CO2 recientemente fijado por FOTORRESPIRACION
La FOTORRESPIRACION puede tener un rol en reducir la fotoinhibición y la fotoxidación de la clorofila
La etapa inicial de la fijación del carbono
difiere en las plantas C4 y en las plantas CAM
Resumen de la ruta C4
El CO2 se combina con el fosfoenolpiruvato (PEP) en los cloroplastos de las células mesófilas, formando un compuesto de cuatro carbonos que se convierte a malato. El malato va a los cloroplastos de las células de la vaina en haz, donde es descarboxilado. El CO2 liberado en las células de la vaina en haz se emplea para elaborar carbohidrato mediante el ciclo de Calvin.
FOTOSINTESIS
H2O
CO2
O2
C6H12O6
FASE FOTOQUIMICA
FASE BIOQIMICA
Luz adsorbida
por pigmentos
CLOROFILA
Como se realiza
la “Fotolisis”
del agua ?
CLOROPLASTO
ATP y
NADPH+H+
ADP
NADP
Ciclo de Calvin
Energía
Utilización de la Energía y su ciclo
+
+
República Bolivariana de Venezuela
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2.1.2.- Respiración celular. Ciclo de Krebs, cadena transportadora electrones. 
Parte 2
RESPIRACIÓN AEROBIA
La respiración aerobia incluye el conjunto de rutas metabólicas por las que las biomoléculas orgánicas son oxidadas completamente, produciendo energía, H2O y CO2, siendo el oxidante utilizado es el oxígeno molecular.
Las biomoléculas orgánicas que las células utilizan cmo combustible son:
Glúcidos
Lípidos
Proteínas
La glucosa es el principal combustible metabólico, debido a la facilidad de su utilización y movilización.
VÍAS CATABÓLICAS 
CATABOLISMO DE GLÚCIDOS
La primera etapa del catabolismo de glúcidos es la glucolisis y ocurre en el citosol.
Después, la oxidación completa, continúa en la mitocondria. En este orgánulo tienen lugar el Ciclo de Krebs. 
GLUCOLISIS
Ocurre en el citosol.
No necesita oxígeno.
Sustrato inicial: una molécula de glucosa. (6C)
Molécula final: 2 moléculas de piruvato. (3C)
GLUCOLISIS: etapas
1ª: La glucosa es fosforilada y fragmentada, dando lugar a dos moléculas de gliceraldehído-3-fosfato. En este proceso se consumen dos moléculas de ATP.
Glucosa + 2 ATP → 2 gliceraldehído-3-fosfato+ 2ADP
2ª: Las dos moléculas de gliceraldehído-3-fosfato son oxidadas por el NAD+ y convertidas en piruvato. Se obtienen 4 moléculas de ATP.
Gliceraldehído-3-fosfato + 2NAD+ + 4ADP + Pi → 2 piruvato + 2 NADH + 2H+ + 4 ATP + 2 H2O
A. GLUCOLISIS: 1ª Etapa
PASO 1
PASO 2
PASO 3
PASOS 4 Y 5
GLUCOLISIS: 2ª Etapa 
A partir de aquí los productos obtenidos hay que multiplicarlos por dos.
PASO
 6
PASO
 7
PASO
 8
PASO
 9
PASO 10
1ª Etapa
2ª Etapa
GLUCOLISIS
GLUCOLISIS
RESUMEN:
Conjunto de reacciones que convierten la GLUCOSA en ÁCIDO PIRÚVICO en el citosol.
Se libera ATP + PODER REDUCTOR + METABOLITOS (PIRUVATO)
BALANCE:
GLUCOSA +2ADP + 2Pi + 2NAD+ -> 2 PIRUVATO + 2ATP + 2 NADH + 2H++ 2H2O 
EL ATP SE OBTIENE POR FOSFORILACIÓN A NIVEL DE SUSTRATO
CICLO DE KREBS: SITUACIÓN INICIAL
Piruvato en el citosol..
Se ha de continuar la RESPIRACIÓN CELULAR: conjunto de etapas que terminan la oxidación del piruvato hasta CO2 y agua generando poder reductor para la síntesis de ATP.
PASOS PREVIOS AL CICLO DE KREBS
Paso del piruvato al interior de la matriz mitocondrial.
Membrana mitocondrial externa: permeable
Membrana mitocondrial interna: selectiva. Pasan:
ADP y ATP
Ácido pirúvico
PASOS PREVIOS AL CICLO DE KREBS
Se forma NADH+H+ (en realidad 2 por glucosa)
Producto: ACETIL COENZIMA A
CICLO DE KREBS
Es la ruta final de la oxidación de la glucosa y de la mayoría de combustibles metabólicos. Su función es oxidar el grupo acetilo del Acetil-CoA a CO2, al mismo tiempo que se reducen los coenzimas NAD+ y FAD.
CICLO DE KREBS
En cada vuelta de Ciclo:
Entra un grupo acetilo (2 átomos de carbono) que es oxidado completamente: salen dos CO2)
Se reducen 3 moléculas de NAD+ y una de FAD.
Se forma una molécula de GTP.
CICLO DE KREBS 
(no es necesario estudiar reacciones ni fórmulas)
CICLO DE KREBS: BALANCE
Por cada molécula de glucosa: 
2ACETILCoA + 6NAD++ 2FAD + 2GDP + 2Pi + 2H2O→ 4CO2 + 2 GTP + 6 NADH + 2FADH2
	EL GTP SE OBTIENE POR FOSFORILACIÓN A NIVEL DE SUSTRATO
CADENA DE TRANSPORTE ELÉCTRICO Y FOSFORILACIÓN OXIDATIVA
La fosforilación oxidativa es el principal medio de regeneración del ATP en los organismos heterótrofos. En ella el ATP se regenera a partir de ADP + Pi, y este proceso está acoplado a al transporte de electrones desde el NADH y el FADH hasta el O2 a través de la cadena respiratoria.
En eucariotas, la cadena respiratoria se localiza en la membrana interna de la mitocondria. En ella, agrupados en cuatro complejos, se sitúan los diferentes transportadores, cuyos componentes son proteínas.
CADENA DE TRANSPORTE ELÉCTRICO Y FOSFORILACIÓN OXIDATIVA
El NADH cede sus electrones a una primera molécula aceptora (complejo I), con lo que el NADH se reoxida y queda reducida esa molécula aceptora. Ésta, a su vez, cede los electrones a un segundo aceptor, que se reduce reoxidando al primer aceptor. El proceso sigue varios pasos, hasta que un último transportador reducido cede los electrones al O2. La energía liberada en este transporte de electrones se emplea para bombear H+ desde la matriz mitocondrial hacia el espacio intermembrana. La vuelta de los protones hacia la matriz, a favor de gradiente, se realiza a través del complejo ATP-sintetasa, que libera energía para producir ATP.
El FADH2 cede sus electrones al complejo II, siguiendo el mismo camino después que en el caso del NADH 
Espacio intermembrana
Matriz
TRANSPORTE DE ELECTRONES DESDE EL NADH
TRANSPORTE DE ELCTRONES DESDE EL FADH2
Mecanismo general de la fosforilación oxidativa
EL ATP EN ESTE CASO SE OBTIENE POR VÍA FOSFORILACIÓN OXIDATIVA Y NO POR FOSFORILACIÓN A NIVEL DE SUSTRATO
CADENA DE TRANSPORTE ELÉCTRICO Y FOSFORILACIÓN OXIDATIVA. RESUMEN Y BALANCE
En este proceso es donde se obtiene la mayor parte de la energía contenida en la glucosa y otros compuestos orgánicos, que es almacenada en forma de ATP. Al mismo tiempo se recuperan las coenzimas transportadoras de electrones en su forma oxidada, lo que permitirá la oxidación de nuevas moléculas de glucosa y de otras moléculas orgánicas. Como producto de deshecho se obtiene agua.
BALANCE:
Se obtienen 3 moléculas de ATP por cada NADH y 2 ATP por cada FADH2