Cloroplastos. Estructura. Fotosíntesis: fase luminosa, ciclo de Calvin. Factores reguladores.
1. Dibuja un esquema de un cloroplasto e indica el nombre de sus componentes:
2. Cita las funciones asociadas a los cloroplastos y localízalos en su estructura.
Funciones de los cloroplastos:
- Fotosíntesis: En los tilacoides ( fase luminosa), reacciones dependientes de la luz donde se fabrica ATP y NADPH reducido. En el estroma ( fase oscura) donde se fija el dióxido de carbono y se consume ATP y el NADPH para formar glúcidos como la glucosa.
- Biosíntesis ácidos grasos.
- Reducción de nitratos a nitritos
3. Los cloroplastos tienen ADN y ribosomas. ¿Qué significado tiene?
Tanto las mitocondrias como los cloroplastos son considerados como "Orgánulos Semiautónomos" respecto del núcleo celular, porque ellos mismos tienen ADN, ARN y ribosomas, con un ADN de tipo circular como los de las bacterias. Este ADN le permite codificar proteínas propias de las mitocondrias. Ésto se debe a que ambos orgánulos fueron ingeridos por endocitosis y no digeridos, llegando a establecer relaciones simbióticas con la célula depredadora (eucariota primitiva, llamada urcariota).
Los cloroplastos surgen por simbiosis al ingerir una bacteria autótrofa fotosintética oxigénica, y las mitocondrias, una bacteria heterótrofa aerobia. La casi autonomía respecto del núcleo celular radica en que ellos mismos pueden sintetizar su propias proteínas estructurales y funcionales ya que poseen los elementos necesarios para hacerlo (ADN, ARN y Ribosomas).
4. Define qué es la fotosíntesis y escribe la ecuación del proceso.
Consiste en transformar la energía luminosa en energía química de enlace en moléculas orgánicas, tipo glucosa.
Consiste en transformar la energía luminosa en energía química de enlace en moléculas orgánicas, tipo glucosa.
La fotosíntesis es un proceso que consta de dos fases:
1. Fase lumínica o fotoquímica: depende de la luz. Se lleva a cabo en las membranas tilacoidales, los electrones del agua se utilizan para reducir el NADP+ a NADPH.+ H.
La energía liberada durante el transporte de electrones se utiliza para sintetizar el ATP (fotofosforilación).
La energía liberada durante el transporte de electrones se utiliza para sintetizar el ATP (fotofosforilación).
2. Fase oscura: no depende de la luz. Se lleva a cabo en el estroma, aprovecha la energía del
ATP y los electrones almacenados en el NADPH + H obtenidos en la fase lumínica para reducir el CO2. Se obtienen biomoléculas orgánicas tipo glucosa de un alto poder reducir y de alto nivel energético.
La función de la fotosíntesis es crear materia orgánica a partir el CO2, H2O y de la luz solar y la realizan los organismos fotosintéticos.
ATP y los electrones almacenados en el NADPH + H obtenidos en la fase lumínica para reducir el CO2. Se obtienen biomoléculas orgánicas tipo glucosa de un alto poder reducir y de alto nivel energético.
La función de la fotosíntesis es crear materia orgánica a partir el CO2, H2O y de la luz solar y la realizan los organismos fotosintéticos.
BALANCE GLOBAL:
Fase diurna:
Fase nocturna:
6 CO2 + 18 ATP + 12 NADPH +H+ -------------------- C6 H12 O6 + ADP + P + NADP2+
Balance global:
ADP + P + NAPD2+ ---------------------------------------------------------- ATP + NADPH +H+
6 CO2 + 18 ATP + 12 NADPH +H+ -------------------- C6 H12 O6 + ADP + P + NADP2+
Balance global:
5. Di qué proceso es el representado en la figura y descríbelo brevemente.
Se trata de la fotofosforilación no cíclica ya que intervienen los dos fotosistemas, I y II. Este proceso hace posible la síntesis ATP y NADPH+ H+. Es un mecanismo prácticamente idéntico al de la fosforilación oxidativa de la mitocondria.
La fotofosforilación es el proceso de síntesis de ATP a partir ADP + P llevado a cabo por la ATP- sintetasa de la membrana del tilacoide, en los cloroplastos de las células vegetales. Es un proceso de la fase luminosa de la fotosíntesis en que utiliza la energía liberada en el transporte de electrones de los fotosistemas I y II para bombear protones desde el estroma al interior del tilacoide con el fin de crear un gradiente electróquímico, el cual, se reequilibra mediante la salida de protones desde el espacio intratilacoidal al estroma a través de la ATP-sintetasa. La energía liberada por el gradiente electroquímico permite la unión endergónica del ADP y el P y formar ATP.
La energia necesaria para el transporte de electrones por ambos fotosistemas la proporciona la luz que es captada por los pigmentos fotosintéticos, estimulando las clorofilas de los centros de reacción (P680 del fotosistema II y P700 del fotosistema I) de ambos fotosistemas.
Los electrones transportados por la cadena de transporte electrónico son suministrados por el agua, la cual sufre un proceso de fotólisis liberando H+ , electrones y O2. Todo el oxígeno liberado en la fotosíntesis procede de la fotólisis del agua.
Finalmente los electrones a través de una cadena transportadora de electrones son cedidos a NADP oxidados para reducirlos y formar NADPH +H+.
6. Nombra y explica brevemente los factores que influyen en el proceso de la fotosíntesis.
1. Concentración de CO2 ambiental: El rendimento de la fotosíntesis aumenta cuanto mayor es la concentración de CO2 hasta que la enzima rubisco (ribulosa-1,5-difosfato carboxilasa oxigenasa) se satura.
2. Concentración ambiental de O2: el rendimiento de la fotosíntésis disminuye al aumentar la concentración de O2 debido a que el O2 actúa como un inhibidor competitivo de la rubisco y favorece la fotorrespiración.
4. Temperatura: a mayor temperatura, mayor rendimento ya que la activitadad enzimática aumenta. Sobrepasado un valor determinado de temperatura, la proteína comienza su desnaturalización disminuyendo su actividad enzimática.
5. Intensidad lumínica: a mayor intensidad lumínica, mayor rendimento.
6. Tipo de luz: por encima de 680 nm de longitud de onda (PSII) el rendimiento disminuye porque no se puede realizar el ciclo de Calvin, es decir, la fase oscura de la fotosíntesis, al no poder activar el fotosistema I, fuente de nuevos electrones que permitan fabricar NADPH reducido.
Si la longitud de onda es menor de 680 aumenta la actividad enzimática.
Si la longitud de onda es menor de 680 aumenta la actividad enzimática.
7. Importancia de la fotosíntesis en el mantenimiento de la vida sobre la Tierra.
Algunas de las características importantes asociadas a este proceso son:
- En la fotolisis del agua, en la fase luminosa de la fotosíntesis, se libera accidentalmente oxígeno que es vital para los seres vivos aerobios.
- La vida en la Tierra depende básicamente de la energía solar y casi todos los organismos vivos existentes dependen en última instancia del alimento producido por la fotosíntesis.
- Proporciona un suministro abundante de alimentos a, prácticamente, todos los seres vivos: plantas, animales, protistas, hongos y bacterias.
- Transforma la energía luminosa en energía química y orgánica necesaria para realizar las funciones de todo ser vivo.
- Gracias a los procesos naturales efectuados por la fotosíntesis se mantiene en equilibrio la cantidad de dióxido de carbono presente en la atmósfera.
- El oxígeno liberado en la fotosíntesis permite la formación de la capa de ozono que nos protege de las radiaciones ultravioletas.
8. Explica la estructura del cloroplasto.
La membrana interna no presenta crestas como las mitocondrias, los cloroplastos contienen un tercer juego de membranas (las membranas tilacoidales) que toman la forma de sacos aplanados, los tilacoides.
Los tilacoides se agrupan formando discos apilados, los grana, conectados por formaciones de membrana llamados lamelas.
La membrana tilacoidal, que es impermeable a los iones, delimita un espacio interior llamado espacio tilacoidal donde se acumularán los protones que permitarán la formación de ATP por un proceso llamado fotofosforilación.
En las membranas tilacoidales se encuentran los sistemas fotosintéticos, complejos antena donde se sitúan los pigmentos fotosintéticos : clorofila y carotenoides (carotenos y xantofilas), encargados de capturar la luz del Sol. También se encuentra la cadena de transporte de electrones que permitirá el transporte de electrones desde el agua hasta el NADP reducido.
En los tilacoides se llevan a cabo todos los procesos de la fotosíntesis que requieren luz, es decir, la formación de ATP y NADPH (fotofosforilación) y la liberación de oxígeno.
Las membranas tilacoidales envuelven un espacio central llamado estroma que contiene el ADN del cloroplasto y muchos enzimas solubles, entre ellos los responsables del ciclo de Calvin, que intervienen en la fase oscura de la fotosíntesis.
Haz un dibujo de un cloroplasto, señala sus partes y localiza las funciones asociadas (6 puntos).
Se realizará un dibujo del cloroplasto que incluya la membrana externa y la interna, los tilacoides (donde se realiza la síntesis de ATP y NADPH) y que se apilan formando grana, el estroma (donde se realiza el ciclo de Calvin) y, dentro de éste, los ribosomas (donde se sintetizan proteínas propias del cloroplasto)
9. ¿Qué compuestos se sintetizan en la fase luminosa de la fotosíntesis?. Indica el nombre del proceso que produce la fijación del CO.2 ? Indica la localización intracelular de ambos procesos.
En la fase luminosa se sintetiza ATP, NADPH y se libera oxígeno molecular mediante la fotolisis del agua. Este proceso se lleva a cabo en las membranas tilacoidales del cloroplasto.
El proceso que permite la fijación del CO2 se llama ciclo de Calvin (fase oscura de la fotosíntesis). Durante este proceso se consume el ATP y el NADPH producidos en la fase luminosa de la fotosíntesis y se produce glucosa. Este proceso se realiza en el estroma del cloroplasto.
11. ¿Qué son y qué función tienen los pigmentos fotosintéticos?
Para que la energía luminosa pueda ser captada por los seres vivos fotosintéticos, en primer lugar es necesario que la luz pueda ser absorbida. Las sustancias que captan la luz solar se encuentran en las membranas tilacoidales de los cloroplastos y se llaman pigmentos fotosintéticos. Fundamentalmente son las clorofilas a y b de color verde y los carotenoides (carotenos de color naranja y xantofilas de color amarillo).
Son moléculas que tienen un grupo químico llamado porfirina (estructura tetrapirrólica con un átomo de Magnesio) y con dobles enlaces conjugados que facilitan la liberación de electrones durante el proceso de la fotosíntesis.
Las clorofilas y otros pigmentos fotosintéticos al captar los fotones de la luz pasan a un estado excitado. Cuando vuelven al estado primitivo liberan la suficiente energía como para excitar otra molécula contigua del complejo antena. Al haber diferentes tipos de pigmentos que absorben a diferentes longitudes de onda del espectro del visible puede aprovecharse gran parte de la luz visible.
La energía captada finalmente es transferida a una clorofila especial (la de mayor longitud de onda) en el centro de reacción del complejo antena de cada uno de los dos fotosistemas, la cual es excitada, liberando un electrón que será transportado por la cadena de transporte electrónico de la membrana tilacoidal.
Hay dos tipos de fotosistemas:
Son moléculas que tienen un grupo químico llamado porfirina (estructura tetrapirrólica con un átomo de Magnesio) y con dobles enlaces conjugados que facilitan la liberación de electrones durante el proceso de la fotosíntesis.
Las clorofilas y otros pigmentos fotosintéticos al captar los fotones de la luz pasan a un estado excitado. Cuando vuelven al estado primitivo liberan la suficiente energía como para excitar otra molécula contigua del complejo antena. Al haber diferentes tipos de pigmentos que absorben a diferentes longitudes de onda del espectro del visible puede aprovecharse gran parte de la luz visible.
La energía captada finalmente es transferida a una clorofila especial (la de mayor longitud de onda) en el centro de reacción del complejo antena de cada uno de los dos fotosistemas, la cual es excitada, liberando un electrón que será transportado por la cadena de transporte electrónico de la membrana tilacoidal.
Hay dos tipos de fotosistemas:
- Fotosistema I: se encuentra en las membranas tilacoidales no apiladas (lamelas) en contacto con el estroma. El centro de reacción contiene una molécula de clorofila que tiene el punto de máxima absorción a una longitud de onda de 700 nm.
- Fotosistema II: se localiza en los grana. El centro de reacción contiene una molécula de clorofila que tiene el punto de máxima absorción a una longitud de onda de 680 nm.
12. Compara la fotosíntesis y la quimiosíntesis.
13. Explica el papel biológico del Ciclo de Calvin y su localización intracelular.
El ciclo de Calvin es necesario para reducir el dióxido de carbono y sintetizar glúcidos sencillos a partir de la energía (ATP y NADPH) obtenida en la fase luminosa de la fotosíntesis. En esta fase no es necesaria la luz pero se requiere la presencia de ATP y NADPH.
Este proceso tiene lugar en el estroma del cloroplasto gracias a una serie de reacciones químicas que forman un ciclo llamado Ciclo de Calvin.
El balance energético global es :
6 CO2 + 12 NADPH + 12 H+ + 18 ATP -> 1 HEXOSA + 12 NADP++ 18 ADP + 18 Pi
14. Interpreta esta gráfica y comenta la influencia de la temperatura en la fotosíntesis.
Para intensidades lumínicas altas, el rendimiento de la fotosíntesis aumenta a medida que aumenta la temperatura hasta un valor de temperatura óptima en el que el rendimiento fotosintético es máximo. A partir de este valor, el rendimiento disminuye conforme aumenta la temperatura debido a la desnaturalización de las proteínas que intervienen en el proceso de la fotosíntesis.
Cada tipo de planta está adaptada a un grado diferente de insolación y presenta una temperatura óptima diferente. Las plantas de interior presentan su rendimiento máximo a temperaturas ambientales más bajas, mientras que las plantas tropicales adaptadas a ambientes mucho más cálidos lo obtienen a temperaturas más elevadas.
¿Qué orgánulo se representa en la micrografía de la izquierda.? Nombra las estructuras de ese orgánulo que se señalan con números en el esquema de la derecha.
15. ¿Por qué es necesaria la luz en el proceso de la fotosíntesis?
Para realizar la fase lumínica o diurna de la fotosíntesis explicada anteriormente.
16. En relación a la imagen:
a) ¿Qué proceso representa? (1 punto)
b) ¿Cómo se genera ATP en este proceso? (3 puntos)
c) ¿Qué destino tienen el NADPH y el ATP
sintetizados? (2 puntos)
El alumno responderá que:
a) Se trata de la fase luminosa de la fotosíntesis.
b) La energía que se libera en el transporte de electrones
se utiliza para bombear protones en contra de gradiente
desde el estroma al espacio tilacoidal del cloroplasto.
Los protones vuelven al estroma a favor de gradiente a
través de la ATP-sintasa y la energía que se libera se usa
para sintetizar ATP.
c) NADPH y ATP se usan en la fase oscura de la
fotosíntesis para sintetizar hidratos de carbono.
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Cuestiones sobre membrana. Cuestiones sobre orgánulos
Cuestiones célula
Cloroplastos
Fotosínteis I
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