C.1.3 refinado

Gradiente de protones

Una diferencia en la concentración de protones (iones de hidrógeno) a través de una membrana, generada por el flujo de electrones a lo largo de la cadena de transporte de electrones en la mitocondria.

ATP sintasa

Enzima presente en la membrana mitocondrial interna que acopla la liberación de energía del gradiente de protones a la fosforilación de ADP para producir ATP, un proceso conocido como quimiosmosis.

Fotosíntesis

Proceso mediante el cual la energía lumínica se transforma en energía química, produciendo compuestos de carbono como la glucosa y suministrando la mayor parte de la energía necesaria para los procesos vitales en los ecosistemas.

Glucosa (en fotosíntesis)

Un compuesto de carbono, producido como el producto principal de la fotosíntesis a partir de dióxido de carbono y el hidrógeno obtenido por la separación del agua.

Cromatografía de pigmentos fotosintéticos

Técnica de laboratorio utilizada para separar e identificar los pigmentos fotosintéticos (como la clorofila y los carotenoides) por su color y calculando sus valores de Rf.

Espectro de absorción

Gráfico que ilustra las longitudes de onda de luz específicas que son absorbidas por los pigmentos fotosintéticos, lo cual es crucial para la excitación de electrones y la conversión de energía lumínica a química.

Espectro de acción

Gráfico que representa la tasa de fotosíntesis en función de las diferentes longitudes de onda de luz, determinado por la producción de oxígeno o el consumo de dióxido de carbono.

Factores limitantes de la fotosíntesis

Variables ambientales como la concentración de dióxido de carbono, la intensidad de la luz y la temperatura, que pueden restringir la tasa de fotosíntesis si sus niveles son demasiado bajos.

Enriquecimiento de dióxido de carbono

Práctica, a menudo realizada en invernaderos, para aumentar la concentración atmosférica de CO2 con el fin de estimular y predecir las tasas futuras de fotosíntesis y el crecimiento vegetal.

Fotosistema

Conjunto ordenado de moléculas de clorofila y otros pigmentos auxiliares, situado en las membranas de los tilacoides, con un centro de reacción capaz de emitir un electrón excitado tras absorber energía lumínica.

Fotólisis del agua

Proceso que ocurre en el Fotosistema II durante las reacciones lumínicas de la fotosíntesis, donde las moléculas de agua se separan para liberar electrones (utilizados en la cadena de transporte), protones y oxígeno (como producto de desecho).

Quimiosmosis (en tilacoides)

Proceso clave en los tilacoides donde se produce ATP. La energía liberada por un gradiente de protones, establecido por el flujo de electrones, es utilizada por la ATP sintasa para fosforilar ADP.

Reducción de NADP

Proceso que ocurre en el Fotosistema I, donde el NADP+ acepta dos electrones y un ion hidrógeno del estroma para formar NADPH (NADP reducido), una molécula portadora de energía y poder reductor.

Tilacoide

Membrana sacular dentro de los cloroplastos donde se llevan a cabo las reacciones dependientes de la luz de la fotosíntesis, incluyendo la fotólisis del agua, la síntesis de ATP por quimiosmosis y la reducción de NADP.

Rubisco

La enzima más abundante en la Tierra, responsable de la fijación de carbono en el ciclo de Calvin al catalizar la unión del dióxido de carbono (CO2) a la ribulosa-1,5-bisfosfato (RuBP).

Triosa-fosfato

Compuesto de tres carbonos formado en el ciclo de Calvin a partir del 3-fosfoglicerato, utilizando el ATP y NADPH generados en las reacciones lumínicas; puede ser utilizado para sintetizar glucosa o regenerar RuBP.

Regeneración de RuBP

Proceso dentro del ciclo de Calvin que convierte cinco moléculas de triosa-fosfato en tres moléculas de ribulosa-1,5-bisfosfato (RuBP), utilizando ATP, lo que permite la continuación del ciclo.

Interdependencia de reacciones lumínicas y del ciclo de Calvin

Relación esencial donde las reacciones lumínicas producen ATP y NADPH, que son indispensables para el ciclo de Calvin; a su vez, el ciclo de Calvin regenera NADP+ y ADP, necesarios para las reacciones lumínicas.

Receptor (señalización química)

Proteína celular con sitios de unión específicos para sustancias químicas de señalización (ligandos), permitiendo a las células detectar y responder a diferentes señales.

Ligando

Término utilizado para referirse a la sustancia química de señalización que se une específicamente a un receptor para iniciar una respuesta celular.

Detección de quórum

Mecanismo de señalización celular utilizado por bacterias, como Vibrio fischeri para la bioluminiscencia, que les permite coordinar el comportamiento en función de la densidad de su población.

Hormonas

Categoría de sustancias químicas de señalización en animales que se transportan a través del torrente sanguíneo para actuar sobre células diana en ubicaciones distantes del cuerpo.

Neurotransmisores

Categoría de sustancias químicas de señalización en animales que transmiten señales a través de las sinapsis entre neuronas, permitiendo la comunicación en el sistema nervioso.

Citoquinas

Categoría de proteínas de señalización en animales, importantes en la comunicación intercelular y modulando respuestas inmunes e inflamatorias.

Iones de calcio (Ca2+)

Iones que actúan como importantes segundos mensajeros intracelulares en las rutas de señalización de animales, desencadenando una variedad de respuestas celulares.

Anabolismo

Conjunto de reacciones metabólicas de biosíntesis de moléculas complejas a partir de moléculas simples 

Fotosintesis

La produccion de glucosa desde CO2 y agua 
→ En la precensia de clorofila y enzimas, utilizando energia de luz 
El oxigeno siendo el desperdicio 

Clorofila

Pigmento verde esencial para la fotosíntesis, que absorbe luz solar y ayuda en la conversión de energía.

Formas de nutricion

Autortrofo: CO2 ambiental
Heterotrofo: Moleculas organicas sencillas (comer)

Fuentes de hidrogeno

Litrotofo: H2O, H2S
Organotrofo: Moleculas complejs

Resumen de fotosintesis (Formula)

CO2 + water + light energy → organic compounds + oxygen

Fuente de energia

Fototrofos: Luz slar
Quimiotrofos: Energia quimica

Aceptor de electrones

Aerobios: Oxigeno
Anaerobios: otras sustancias

De donde viene la fuente de energia en la fotosintesis

La luz

Como se genera el oxigeno?

Por la fotolisis 

Que es la fotolisis

La separacion de agua usando energia de luz

La importancia de la fotosintesis

• Mantiene la composicion de la atmosfera

• Es la fuente de oxigeno en la tierra

• Mantiene el balance entre CO2 y O2 en la tierra

• El oxigeno que se desprende se convierte en ozono (O3), protegiendonos de los rayos UV

Que seres pasan solamente por la fotosintesis

Ninguno, las plantas pasan por fotosintesis Y respiracion celular

Anabolismo

Conjunto de reacciones metabólicas de biosíntesis de moléculas complejas a partir de moléculas simples.

Que son los pigmentos

Moléculas especializadas que absorben longitudes de onda de luz específicas. En las plantas, se localizan principalmente en los cloroplastos (específicamente en las membranas de los tilacoides de las granas) y su función es capturar la energía luminosa esencial para iniciar el proceso de la fotosíntesis. La clorofila es el pigmento fotosintético más conocido.

Donde estan los pigmentos

Los pigmentos se encuentran principalmente en los cloroplastos, específicamente en las membranas de los tilacoides.

El color verde

Por ejemplo, una hoja de planta se ve verde porque sus pigmentos (principalmente clorofila) absorben la luz roja y azul, pero reflejan la luz verde.

La clorofila pasa a excitado al captar los fotones, son capaces de excitar una molecula contigua

Pigmento primario

que captura principalmente la luz para la fotosíntesis.

Estructura de clorofila

Es una molécula que contiene un anillo porfirínico y un átomo de magnesio en su centro, responsable de la absorción de luz en el proceso de fotosíntesis.

Cadena hidrofobica de fitol: Integra la clorofilaen la membrana de la tilacoide

Como se excita la clorofila

La clorofila se excita cuando absorbe fotones de luz, aumentando su nivel de energía y permitiendo que los electrones sigan un proceso de transferencia en la fotosíntesis.

Pasos de la fotosintesis

1. Fase Luminosa
   La luz es absorbida, y esta energia para separar el agua (fotolisis)
   → Se libera oxigeno
   → Se produce ATP y NADPH

2. Fase Oscura

• Ocurre en el estroma de los cloroplastos y no requiere luz directamente.

• El ATP y NADPH producidos en la fase luminosa se utilizan para fijar el dióxido de carbono (CO2CO2​) de la atmósfera.

• A través de una serie de reacciones (el ciclo de Calvin), el CO2CO2 se convierte en glucosa (C6H12O6C6H12O6) y otras moléculas orgánicas.

Que se requiere en la fase oscura

Para la fase oscura se requiere ATP y NADPH producidos en la fase luminosa, así como dióxido de carbono (CO2) de la atmósfera.

Rol de NADPH en formacion glucosa

El NADPH ayuda pasa por una serie de reacciones que resulta en glucosa

Como se calcula el valor de Rf

El valor de Rf se calcula dividiendo la distancia recorrida por el compuesto por la distancia recorrida por el disolvente en cromatografía.

Que representa Rf

la afinidad del compuesto por la fase estacionaria.

Ecuacion simple de fotosintesis

El oxigeno como subproducto

• Algas, plantas y cianobacterias 

Fase movil

transporta los compuestos disueltos a traves de la fase estacionaria, permitiendo la separación de sustancias.

Fase estacionaria

se utiliza para la interacción de las sustancias, donde ocurren las reacciones químicas.

Que colores se utilizan al medir los pigmentos de clorofil

Se observa el nivel de absorpcion de colores
- Indigo
- Blue
- Green
- Yellow
- Orange
- Red

Como absorbe el pigmento los colores

Ocurre cuando los electrones son excitados

Que tiene que ver la absorpcion con la formacion de glucosa?

Los electrones excitados a la clorofila (energia), que tras varias reacciones se utiliza para hacer glucosa

- Energia de luz => energia quimica

Porque solo se absorben algunas longitudes de onda?

La clorofila solo absorbe principalmente azul y roja, debido a su estructura química que permite la excitación de electrones en esas áreas específicas del espectro.

Por esto el verde no es absorvido sino reflejado

Espectro de accion

Es el rango de longitudes de onda de luz que puede ser aprovechado por un organismo, especialmente durante la fotosíntesis, donde ciertos colores son más eficaces en la excitación de electrones.

Como se descubre el espectro de accion

Miden la tasa de fotosintesis, a partir del color utilizado por un tiempo, cultivando plantas bajo luces y el nivel de oxigeno liberado

Que demuestra el espectro de accion en comparacion (en la clorofila)

Muestra la eficacia de la fotosintensis, demuestra que las ondas de luz absorbida por pigementos es muy similar a las ondas que manejan la fotosintesis

Factores limitantes en experimentando la tasa de fotosintesis 

Son variables que afectan el ritmo de fotosíntesis, incluyendo la disponibilidad de luz, CO2, agua y temperatura.

Que es un factor limitante

Un factor que restringe el crecimiento o la tasa de fotosíntesis de una planta, como la disponibilidad de nutrientes, agua, o condiciones ambientales.

Diseños de experimentos para la fotosintensis

• Una microbureta para medir el volumen de oxígeno liberado por una planta acuática (ej. lenteja de agua) bajo la luz. Se usa bicarbonato de sodio como fuente de CO2. El oxígeno liberado se recoge en un tubo capilar, su longitud se mide y se convierte a volumen para determinar la tasa de fotosíntesis.

• Una sonda de sensor de oxígeno conectada a un dispositivo de registro de datos.

• Un medidor de pH conectado a un monitor de registro de datos. La absorción de dióxido de carbono del agua hará que el pH aumente.

Como se puede medir la tasa de oxigeno mas precisamente

• Utilizando una sonda de sensor de oxígeno conectada a un dispositivo de registro de datos.

Efecto de concentracion de CO2

en la tasa de fotosíntesis. A medida que aumenta la concentración de CO2, la fotosíntesis generalmente aumenta hasta un punto de saturación.

Efecto de intensidad de luz

en la tasa de fotosíntesis. A medida que aumenta la intensidad de luz, la tasa de fotosíntesis también aumenta, hasta alcanzar un nivel máximo donde otros factores pueden limitar el proceso.

Efecto de temperatura 

Alta temperatura → la tasa de fotosíntesis también se incrementa hasta alcanzar un punto óptimo

• después del cual puede disminuir debido al estrés térmico.

• Las enzimas colisonan entre enzimas y subtrastos en su punto optimo 

Term: Por qué la tasa de fotosíntesis disminuye a altas temperaturas?

No es debido a la desnaturalización enzimática, la cual ocurriría a temperaturas mucho mayores que las que causan la disminución de la tasa de fotosíntesis. La reducción es a causa de que la enzima RuBisCo falla al fijar el dióxido de carbono de manera eficaz.

experimentos de riqueza de CO2 

FACE (Free Air Carbon Enrichment)

Simulan futuras concentraciones elevadas de CO2​ al liberarlo en campo abierto. Su objetivo es estudiar los efectos a largo plazo en el crecimiento, productividad y ciclos de nutrientes de plantas y ecosistemas en condiciones reales.

desventajas de experimentos en invernaderos 

• plantas mas pequeñas

• y posiblemente menos representativas.

• Esto puede resultar en datos menos generales y aplicables a ecosistemas naturales.

que son los fotosistemas?

son conjuntos ordenados de moléculas de pigmentos que pueden generar y emitir electrones excitados

Cuales son las fases de la fotosintesis

La fotosíntesis consiste en dos fases principales: la fase luminosa, que captura la energía solar para producir ATP y NADPH, y la fase oscura, que utiliza estos compuestos para fijar el carbono y sintetizar azúcares.

Que ocurren en las reacciones dependientes de luz

1. Utilizan energia de luz para dividir el agua (Fotolisis)

2. Hidrogeno es removidopor NADP

3. ATP es generado (fosforilación)

4. Se libera oxigeno como waste product

Cómo se atrapa la energía luminosa en la fase luminosa?

La energía luminosa es atrapada por la clorofila, un pigmento fotosintético.

Las moléculas de clorofila se agrupan en estructuras llamadas fotosistemas, que se encuentran en las membranas de los tilacoides de las granas.

reacciones independiente de luz

• sintetizan glucosa utilizando CO2

• se utilizan los productos de la etapa luminica (el ATP y NADPH) para crear glucosa 

donde se ubican los fotosistemas

• en las membranas de los cloroplastos de eukariotas

• ocurren en la cyanobacteria

Complejo de captación de luz (LHC)

• conjunto de proteínas y pigmentos que recolectan luz solar para la fotosíntesis

Donde se encuentra Complejo de captación de luz

En los tilacoides

Fotosistema 1

• Proteina que hace captura de luz en longitudes de onda específicas y en la producción de NADPH.

• Utiliza la energia luminica para liberar electrones que ayudan en la formación de energía química durante la fotosíntesis.

• Los electrones son recibidos en fotosistema 2

Fotosistema 2

• Proceso que captura luz solar en longitudes de onda específicas para la producción de ATP.

Cianobacteria

Un grupo de organismos fotosintéticos que producen oxígeno como resultado de la fotosíntesis, comúnmente conocidos como algas verdeazuladas.

Cuantas ondas de luz absorbe el centro de reaccion en fotosistema 1

700 nm.
centro de reaccion se refiere como P700

Fotosistema 2 ondas de luz absorbida

opera en longitudes de onda de 680 nm (P680)

• produciendo ATP y NADPH en la fotosíntesis.

Resumen de fotosistemas y su funcionamiento

Compuestos por cientos de moléculas de clorofila, pigmentos accesorios (carotenos y xantofilas) y proteínas (complejos recolectores de luz o LHCs).

• Todas estas moléculas de pigmento cosechan energía lumínica de longitudes de onda ligeramente diferentes.

• La energía se canaliza hacia una única molécula de clorofila del fotosistema, conocida como centro de reacción.

• El centro de reacción de clorofila es entonces fotoactivado.

Generando y liberando electrones excitados

• La energia llega a un cnetro de reaccion

• Los electrones ground state en el centro de reaccion son excitadas

• y liberados para iniciar las reacciones en las LDRs

• Los espacios son vacados, y son continuamente rellenados por electrones provenientes del agua durante la fotosíntesis.

Advantages of the structured array of different types of

pigment molecules in a photosystem

include efficient light harvesting and energy transfer, allowing photosystems to capture a broader spectrum of sunlight for photosynthesis.

una molécula simple de clorofila o de cualquier otro pigmento no sería capaz de llevar a cabo ninguna parte de la fotosíntesis por sí sola.

De que consisten las proteinas LHC

• enzimas

  • formacion catalizadora de ATP

  • catalizan la conversion del NADP+ a NADPH

• moléculas captadoras de electrones

Generacion de oxigeno por la fotolisis de agua en fotosistema 2 

Los electrones liberados durante la fotolisis del agua en el fotosistema 2 :

son capaces de generar oxígeno como un subproducto, al regresar a su estado fundamental y dejando espacios que deben ser ocupados por nuevos electrones. 

• Catalizando la fotolisis

Produccion de ATP por quimiosmosis en los tilacoides

Se abordan el gradiente de protones, la ATP sintasa y el bombeo de protones por la cadena de transportadores de electrones generado durante la transferencia de electrones en la cadena de transporte.

los electrones proceden del fotosistema I en la fotofosforilación cíclica o del fotosistema II en la fotofosforilación no cíclica y luego se usan en la producción de ATP.

 El surgimiento de la generación de oxígeno por fotolisis tuvo unas consecuencias inmensas para los organismos vivos y para los procesos geológicos en la Tierra.

La fotolisis del agua generó oxígeno como subproducto esencial para la respiración celular y alteró la atmósfera terrestre, facilitando la evolución de organismos aeróbicos.

 Reducción del NADP por el fotosistema I

Es un proceso por el cual el NADP+ se convierte en NADPH mediante la transferencia de electrones, los cuales son suministrados por el fotosistema I durante la fotosíntesis.

Activación y donación de electrones en el Fotosistema II

• Las moléculas de clorofila y pigmentos accesorios en el Fotosistema II absorben energía luminosa (fotones).

• Esta energía es transferida a una molécula de clorofila en el centro de reacción P680.

• Los electrones dentro del centro de reacción del Fotosistema II son excitados a un nivel de energía superior por los fotones de luz.

• Las clorofilas en el centro de reacción se fotoactivan.

• Los electrones excitados son donados a un aceptor de electrones en una reacción de reducción.

Clorofila (a, b)

Absorbe longitudes de onda de luz en las regiones violeta y roja del espectro.

Pigmentos accesorios Carotenoides (xantofila, caroteno)

Absorben longitudes de onda de luz en la región violeta del espectro.

Proteínas del complejo de captación de luz (LHC) - Enzimas

• Catalizan la formación de ATP a partir de ADP + Pi.

• Catalizan la reducción de NADP a NADPH + H+.

Proteínas del complejo de captación de luz (LHC) - Moléculas transportadoras de electrones

Pasan los electrones por una cadena de transporte de electrones.

Donde ocurre las reacciones dependientes de luz

En en el espacio intermembrano de los tilacoides

Que contiene la membrana tilacoide?

Contiene una cadena de transporte de electrones, donde los electrones son transferidos a través de una serie de portadores en reacciones de oxidación/reducción.

Que ocurre en la fase luminosa

1. Fotólisis del agua
   El agua se divide liberando oxígeno y proporcionando electrones y protones.

2. Quimiosmosis
   Se produce ATP. Los protones (H^+) son bombeados al espacio tilacoidal, creando un gradiente que impulsa la ATP sintasa para sintetizar ATP.

3. Reducción del NADP
   En el Fotosistema I, el NADP+ reduce a NADPH (NADP^+ + 2e^- + H^+ \rightarrow NADPH), que luego se usará en el ciclo de Calvin para la fijación de carbono.