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Foto-Respiración y Fotosíntesis en la Naturaleza

Tema 12 de la Clase de Fisiología Vegetal Universidad de Guanajuato, DCNE
by

Wiliam Bernal

on 25 September 2012

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Transcript of Foto-Respiración y Fotosíntesis en la Naturaleza

Foto-Respiración y Fotosíntesis en la Naturaleza Bernal Orozco Wiliam Gendel
División de Ciencias Naturales y Exactas, UG
Metabolismo Intermediario Hoy Veremos... 1.- Concepto y Bases.
2.- Mecanismos.
3.- Foto-Resp. En diferentes plantas.
4.- Puntos de Compensación.
5.- Fotosíntesis Total y Neta.
6.- Factores que regulan la Fotosíntesis y Rendimiento Fotosintético.
7.- Valores de la Fotosíntesis en la naturaleza. Concepto y Bases Aun no está muy claro desde el punto de vista bioquímico, pero que está muy unido metabólica y funcionalmente a la fotosíntesis.
Opera en la luz y es el mismo proceso de la respiración. (Oxígeno entra, sale Dióxido de Carbono)
Plantas que fotorrespiran y las que no.
Diferente a la respiración oscura.
Luz puede inhibir la respiración oscura, pero promueve la fotorespiración.
Se lleva a cabo en peroxisomas. Cuando la concentración de CO2 en la hoja es considerablemente inferior en comparación a la de O2, la enzima RuBisCO es la encargada de catalizar la reacción de la RuBisCO con el O2 (mediante su actividad como oxigenasa), en lugar del CO2 (fase del proceso fotorrespiratorio), en el que los glúcidos se oxidan a CO2 y agua en presencia de luz. Además, este proceso supone una pérdida energética notable al no generarse ni NADH ni ATP (principal rasgo que lo diferencia de la respiración mitocondrial). Concepto Gracias a la concentración de CO2 liberado en la atmósfera, podemos clasificar a las plantas en foto-respiratorias y no foto-respiratorias.
- Fotorespiratorias: Liberan más de 50 ppm.
- No Fotorespiratorias: Liberan menos de 50 ppm, estas oscilan entre los 5 y 10 ppm. Referencias:
http://lafotosintesisupel.webnode.es/fotorespiracion/
http://inmortaldna.com/LMI/2011/03/la-fotorrespiracion/
http://www.fisicanet.com.ar/biografias/cientificos/w/warburg.php
http://www.google.com.mx/imgres?q=ciclo+de+calvin&start
http://almez.pntic.mec.es/~jrem0000/dpbg/Fotosintesis/fotorrespiracion.html
http://www.olivacordobesa.es/LA%20RADIACION%20SOLAR%20Y%20LA%20TEMPERATURA%20II.pdf Respiración El proceso de la respiración, tiene como base la siguiente ecuación: La Fotorespiración a diferencia de la respiración, no produce ATP ni NADH. RuBisCO, ¿A dónde pues?? Warburg descubrió que el oxígeno disminuía la eficacia de la fotosíntesis: a menor concentración de O2 más fotosíntesis, lo que viene a indicar que el oxígeno y el CO2 son sustratos alternativos de la RuBisCO Otto Heinrich Warburg (1883-1970): Bioquímico Alemán discípulo de Emil Warburg y Emil Fisher, muestra grán interés por la respiración celular.
- Construye el manómetro de Warburg.
- Descubre diferencias en el aumento de la glicólisis y exceso de fermentación de Ac. Láctico, en células cancerígenas.
- Papel de Fe en la respiración.
- Comprención de las enzimas hidrogenantes como la nicotinaminadenida.
- Fiel a la creencia de que el Oxígeno de las plantas proviene del CO2 y no del H2O Mecanismo ¿Dónde se foto-respira? En los peroxisomas, que son organelos presentes en el citosol con una forma circular, su diámetro fluctúa entre 0.2 y 1.5 micras, se localizan entre la mitocondrias y los cloroplastos.
El proceso de la FR está determinado por el número y el tamaño de los peroxisomas. Respiración Oscura La FR es un proceso que es diferente de la respiración oscura; pero es probable que ambas
puedan ocurrir en presencia de la luz, de forma que una parte del CO2 desprendido de un
tejido fotorrespirado, pueda ser debido a la respiración. Sin embargo, esta proporción es
pequeña, según se ha podido observar, ya que la intensidad de la Fotorrespiración para un
tejido es varias veces mayor que su intensidad normal de respiración. Se ha evidenciado que la luz puede inhibir la respiración en algún grado; sin embargo promueve la fotorrespiración; o sea, que la actividad del fotosistema I es suficiente para inhibir la respiración, pero para que opere la fotorrespiración los dos fotosistemas deben funcional al unísono. Esto es debido a que el ciclo de Calvin debe proveer el sustrato metabólico. ¿Se inhibe la respiración? Foto-Respiración en Diferentes Plantas Puntos de compensación Fotosíntesis Total y Neta Factores que regulan la Fotosíntesis y rendimiento Fotosintético El cloroplasto absorbe O2, que es catalizado junto con la RuBP por la enzima RuBisCO, transformándola en ácido glicólico o glicolato. El glicolato es traspasado al peroxisoma y con la acción de O2, son catalizados por la enzima oxidasa, dando lugar a peróxido de hidrógeno y glioxilato; luego, el glioxilato incorpora nitrógeno y forma glicina. Dos de estos aminoácidos son llevados a la mitocondria donde finalmente se logran tres compuestos: serina, amoníaco y CO2. Los gases CO2 y amoniaco se liberan. La serina regresa al peroxisoma en donde es transformada en glicerato, éste es llevado al cloroplasto en dónde, mediante el gasto de una molécula de ATP, se reintegra al ciclo de Calvin como 3-fosfoglicerato. Peroxisoma Cloroplastos Mitocondria La fotorespiración necesita de 3 organelos para poder llevarse a cabo.
- Cloroplasto
-Peroxisoma
Mitocondria Peroxisomas 1.- Entrada de 2 moléculas de oxígeno
2.- Con la ribulosa-1,5-bisfosfato producen fosfoglicerato y fosfoglicolato.
3.- La molécula de fosfoglicerato entra al ciclo de Calvin para recuperar la RuBP.
4.- La molécula de fosfoglicolato pierde su fosfato y da el glicolato.
5.- Sale de los estromas Cloroplasto El glicolato, con la acción de O2 y mediante la enzima oxidasa, forma glioxilato y se produce peróxido de hidrógeno. El glioxilato incorpora nitrógeno por transaminación y forma el aminoácido glicina. Este sale del peroxisoma. Glioxilato Glicina La glicina se oxida a serina, mediante NAD+ que se reduce a NADH y libera CO2 y amonio NH4+. La serina vuelve al peroxisoma, donde
se transforma en hidroxipiruvato, el cual
mediante NADH se transforma
a su vez en glicerato. El glicerato vuelve al cloroplasto, donde mediante una molécula de ATP se transforma en 3-fosfoglicerato y se reintegra el ciclo de Calvin. El amino liberado en la mitocondria pasa al cloroplasto en forma de NH3, lo cual mediante glutamina sintetasa permite transformar alfa-cetoglutarato en glutamato. El glutamato permite transformar serina en hidroxipiruvato en el peroxisoma, mientras se transforma en alfa-ceto-glutarato. Finalmente... La FR en las plantas C3 es bastante elevado al ser 5 veces superior al de la respiración en la oscuridad (perjudicial), las C4 casi no realizan la fotorespiración, realizan fotosíntesis a concentraciones más bajas de CO2 y tensiones elevadas de O2, debido a que la enzima PEP-carboxilasa muestra una mayor afinidad por el CO2 que la rubisco. C3 C4 Es la intensidad luminosa a la cual el CO2 desprendido por fotorrespiración es contrarrestada por la cantidad de CO2 fijada por la fotosíntesis La investigación arrojó como resultado la existencia de 10 Radiaciones como puntos de compensación, de la Radiación 4 a la Radiación 14. La Rad4: Fotosíntesis (cero), alta FR.
Rad5: Punto de Compensación bajo, plantas colonizadoras, plantas de sombra.
Rad6,7y8: Plantas tipo CAM. Enzima PEP-carboxilasa, producción de ácido-3-fosfoglicérico.
Rad9: Plantas con alta tolerancia a sombra.
Rad10: Radiación oblicua, polos.
Rad11: Diferente radiación solar a diferentes estaciones del año. Ecuador.
Rad12:Comparación hipotética de la tolerancia a las temperaturas. Homeotermos y Poiquilotermos.
Rad13: Si la Q10 = 2 la tasa metabólica se duplica al pasar de 10º C a 20º
Rad14: Se determina la Tasa de Desarrollo según la respuesta a la temperatura. La Fotosíntesis es afectada por factores endógenos, ambientales y propios de la planta.

Ambientales: Luz, Concentración de CO2, Temperatura (influencia en procesos enzimáticos), disponibilidad de agua (apertura estomática), disponibilidad de nutrientes.

Endógenos: Factores estructurales y fisiológicos de la planta hasta genéticos, el síndrome anatómico, bioquímico y fisiológico que determina si una planta es C3, C4 o CAM, también influye la densidad estomática Tanto los factores internos como los ambientales interaccionan entre sí; a modo de ejemplo, téngase en cuenta que la radiación influye sobre la temperatura del aire, y ésta sobre su humedad relativa y también sobre la difusión del CO2, mientras que el ácido abscísico afecta al grado de apertura estomática, y ciertas características epidérmicas (pelos, ceras) influyen sobre la proporción de luz absorbida. Si, todo esto afecta... Si se considera positiva la acumulación de fotoasimilados, y negativa su pérdida, puede definirse el intercambio neto de carbono con el ambiente como:

FN = FB – (FR + RM)

FB: Fotosíntesis Bruta (total de asimilatos)
FR: Consumo por Fotorrespiración.
RM: Pérdidas por respiración mitocondrial.
FN: Fotosíntesis Neta. La fotosíntesis neta resulta un índice adecuado para estudiar el efecto de algunos factores ambientales importantes sobre la acumulación de materia orgánica de la planta, y pro tanto sobre el aumento del peso seco, directamente relacionado con el crecimiento. Definición de Fotosíntesis Neta
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