Balance energetico fotosintetico, potencial de donnan y ecuacion de nerst

Botánica Agrícola y Fisiología Vegetal
Seminario 1.- Completar balances energéticos de la Fotosíntesis. Problemas ecuación de Nerst y Potencial de Donnan 1,0 h

PARTE 1: Balances energéticos
Introducción La etapa luminosa de la fotosíntesis tiene lugar en las lamelas (membranas) de los tilacoides de los cloroplastos. Es un proceso muy complejo donde se capta energía lumínica procedente delsol y se transforma en energía química en forma de ATP y poder reductor. En este proceso se libera oxígeno y se genera un gradiente de protones, responsables de la existencia de un gradiente electroquímico entre el interior y el exterior de los tilacoides, a partir del cual se sintetiza ATP (teoría quimiosmótica de Mitchell). El oxígeno y parte de los protones proceden de la rotura de moléculas deagua. Los electrones de esas moléculas sirven para regenerar a la clorofila a del centro primario de reacción del FSII.

Para la producción de una molécula de oxígeno son necesarios 4 fotones.
4 fotones

2 H2O → O2 + 4H+ + 4e-

Estroma
4 fotones 4 fotones P*680 P*700

8H+

4e-

2NADP + 2H+

2H2O O2 + 4H+ Lumen 4 eP680

8H+ 2NADPH P700

Citb PSII
6f

PSI

3H+

ADP + PATP 3 H+ son necesarios para formar 1 ATP 3H+

Cuando los PSII y PSI funcionan en serie por cada NADP+ que se reduce a NADPH (con 2 electrones desde una molécula de agua) se produce la fosforilación de 1,33 moléculas de ADP a ATP Se translocan 4H+ por cada 2 e- que pasan por la cadena transportadora de electrones

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En una segunda etapa que tiene lugar enel estroma del cloroplasto, la energía obtenida en la fase luminosa de la FS se utiliza para fijar y reducir el CO2 atmosférico en un proceso cíclico cuya reacción inicial está catalizada por el complejo enzimático RuBisCO. El primer compuesto que se obtiene por la unión del CO2 a la RuBiP tiene 3 carbonos (PGA-P) por lo que el ciclo se denomina ciclo C3 (o ciclo de Calvin-Benson, o ciclo PCR). ElPGA-P se reduce hasta hidratos de carbono (Triosa-P). Por cada 3 moles de CO2 que se fijan y reducen se obtiene un mol de Triosa-P. El resto del ciclo sirve para regenerar el sustrato inicial (RuBiP). Además de la ruta C3 hay dos rutas alternativas, la C4 que separa la fijación y la reducción del CO2 en el espacio (fijación del CO2 atmosférico en las células mesofílicas, con cloroplastospequeños, sin RuBisCO; reducción de un CO2 interno en los cloroplastos de las células envolventes del haz, con RuBisCO) y las CAM que separan los dos procesos en el tiempo (fijación del CO2 durante la noche con los estomas abiertos, reducción durante el día con los estomas cerrados).

Ciclo de Calvin:

Por cada CO2 fijado se requieren 3 ATP y 2 NADPH
Deben ser reducidos 3 CO2 para dar una triosa-P
3CO2 3 Ribulosa-bifosfato (5 carbonos) 3 ATP 3 ADP 3 Bisfosfoglicerato (6 carbonos) 3 Fosfoglicerato (6 carbonos)

6 ATP
6 ADP

6 NADPH

6 Triosa-P (3 carbonos)

6 NADP

5 Triosa-P (3 carbonos)

1 Triosa-P (3 carbonos)

Salida del ciclo de Calvin

Por tanto las dos fases o etapas de la FS están conectadas y dependen una de la otra. Esto puede comprenderse mejor cuando se hacen losbalances energéticos del proceso para los distintos tipos de plantas.

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Procedimiento Teniendo en cuenta las siguientes consideraciones, complete los esquemas A, B y C, para la síntesis de 3 moles de sacarosa y para la fijación de 120 moles de CO2, indicando de forma clara cuanto ATP es sintetizado en la Fotofosforilación Acíclica y cuanto en laFotofosforilación Cíclica.
Consideraciones: 1.- La incidencia de 4 fotones de luz sobre el Fotosistema II conduce al transporte de 4 e a lo largo de la membrana tilacoidal y provoca la oxidación de 2 moléculas de H 2O por el C.E.O (sistema lisador de agua del FSII). 2.- La oxidación de 2 moléculas de H2O por el C.E.O. libera: 4 e- (que son cedidos al P680), 4 H+ (liberados al lumen intratilacoidal) y...