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Universidad Rural de Guatemala Ingeniería Agronómica Sede: Chiquimulilla 028 Estudiante: Yesy Saraí Muñoz Villela I Semestre 2019 Docente: Ing. Eduardo Muñoz

El Proceso de la Fotosíntesis y Ciclo de Calvin

Chiquimulilla, Santa Rosa 02 de marzo de 2019

Introducción Podemos decir que la fotosíntesis es el proceso que mantiene la vida en nuestro planeta. Las plantas terrestres, las algas de aguas dulces, marinas o las que habitan en los océanos realizan este proceso de transformación de la materia inorgánica en materia orgánica y al mismo tiempo convierten la energía solar en energía química. Todos los organismos heterótrofos dependen de estas conversiones energéticas y de materia para su subsistencia. Tú, como todos los organismos de la Tierra, eres una forma de vida basada en carbono. Los átomos de carbono acaban siendo parte de ti y de otras formas de vida gracias a la segunda etapa de la fotosíntesis, conocida como ciclo de Calvin (o las reacciones independientes de la luz).

FOTOSÍNTESIS La fotosíntesis es el proceso de elaboración de los alimentos por parte de las plantas. Los árboles y las plantas usan la fotosíntesis para alimentarse, crecer y desarrollarse. Para realizar la fotosíntesis, las plantas necesitan de la clorofila, que es una sustancia de color verde que tienen en las hojas. Es la encargada de absorber la luz adecuada para realizar este proceso. A su vez, la clorofila es responsable del característico color verde de las plantas. Proceso de Alimentación El proceso completo de la alimentación de las plantas consiste básicamente en: a- Absorción: Las raíces de las plantas crecen hacia donde hay agua. Las raíces absorben el agua y los minerales de la tierra. b- Circulación: Con el agua y los minerales absorbidos por las raíces hasta las hojas a través del tallo. c- Fotosíntesis: Se realiza en las hojas, que se orientan hacia la luz. La clorofila de las hojas atrapa la luz del Sol. A partir de la luz del Sol y el dióxido de carbono, se transforma la savia bruta en savia elaborada, que constituye el alimento de la planta. Además la planta produce oxígeno que es expulsado por las hojas. d- Respiración: Las plantas, al igual que los animales, tomando oxígeno y expulsando dióxido de carbono. El proceso se produce sobre todo en las hojas y el los tallos verdes. La respiración la hacen tanto de día como por la noche, en la que, ante la falta de luz, las plantas realizan solamente la función de respiración. La importancia de la fotosíntesis La fotosíntesis hace que las plantas generen oxígeno, que es el elemento que respiran todos los seres vivos. Además, las plantas consumen gases tóxicos, como el dióxido de carbono.

Proceso de Fotosíntesis El proceso de la fotosíntesis se divide en dos etapas, la primera llamada "Lumínica" o fotodependiente y la segunda "Oscura" o fotoindependiente. Etapa Lumínica: Esta fase se realiza en los "granas de los cloroplastos"; la energía proveniente del sol es captada por la clorofila, provocando el desprendimiento de electrones de esta molécula. Algunos de esos electrones actúan disociando las moléculas de agua absorbidas por la planta a través de los órganos correspondientes. Las moléculas de agua se desdoblan en sus dos componentes: un átomo de oxígeno y dos átomos de hidrógeno: este proceso de ruptura de la molécula de agua se denomina "hidrólisis". El átomo de oxígeno, que el vegetal no utiliza, se aparea con otro y forma moléculas de gas oxígeno que se liberan a través de las estomas de las hojas hacia la atmósfera, permitiendo la respiración de todos los seres vivos. Los átomos de hidrógeno resultantes de esta disociación, que serán utilizados posteriormente en la etapa oscura, pasan a integrar la molécula de un coenzima capaz de "transferir hidrógenos", denominada "NADP", transformándola en "NADP hidrogenado" (NADPH). La energía de los electrones restantes es almacenada en el nucleótido de adenosina, un compuesto altamente energético que tiene la propiedad de almacenar energía pero también de transferirla rápidamente, permitiendo otra reacción química. Este compuesto se forma cuando una molécula de "ADP" se une con una molécula llamada "grupo fosfato", formando ATP. Fuente:https://buleria.unileon.es/bitstream/handle/10612/2274/09.Melvin%20CALVIN.pdf?sequ ence=1

Etapa Oscura: Esta Fase se lleva a cabo en la matriz del cloroplasto. En ese lugar y como producto de reacciones químicas anteriores, se encuentra un compuesto de cinco átomos de carbono (pentosa), denominado "ribulosa difosfato". A esta molécula se le une el dióxido de carbono absorbido por los estomas, transformándola en un compuesto de seis carbonos de gran inestabilidad, dado que enseguida se desdobla en dos moléculas de tres átomos de carbono, denominadas "ácido fosfloglicérico" que es el primer producto orgánico de la fotosíntesis y cuya importancia radica en que, según las recombinaciones químicas que realice, se puede transformar en: proteínas vegetales, lípidos, vitaminas o reponer la ribulosa difosfato consumida hasta el momento. Pero la recombinación más frecuente es la que permite que cada molécula de ácido fosfoglicérico se una con un átomo de hidrógeno que le transfiere el NADPH. De este modo se origina dos nuevas triosas llamadas fosfogliceraldehído, las que finalmente se unen entre si formando una hexosa estable denominada glucosa. Para que se realice esta unión, es necesario el aporte de energía química que provee el ATP formado en la primera etapa. La glucosa es soluble en agua, por lo cual puede ser transportada fácilmente hacia todos los órganos del vegetal y en ellos puede almacenarse o formar disacáridos como la "sacarosa" o monosacáridos como la "fructosa" e incluso polimerizarse originando almidón. Esta es una ecuación simple de la fotosíntesis: 6 CO2 + 6 H2O + Energía luminosa =(con clorofila)== C6H12O6 + 6 O2 La siguiente ecuación considera, que el oxígeno que se libera proviene del agua: 6 CO2 + 12 H2O + Energía luminosa =(con clorofila)= C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O

CICLO DE CALVIN El ciclo de Calvin (también conocido como ciclo de Calvin-Benson o ciclo de la fijación del carbono de la fotosíntesis) consiste en una serie de procesos bioquímicos que se realizan en el estroma de los cloroplastos de los organismos fotosintéticos. Las reacciones del ciclo de Calvin pertenecen a la llamada fase independiente de la luz, que se encarga de fijar el CO2, incorporándolo a la materia orgánica del individuo en forma de glucosa mediante la enzima RuBisCo. Cabe destacar que este conjunto de reacciones se denomina erróneamente fase oscura, pues muchas de las enzimas del proceso, entre ellas la RuBisCo, dependen de la activación del sistema ferredoxina-tiorredoxina, que solo se encuentra en su forma activa (la reducida) en presencia de la luz. El ciclo de Calvin fue descubierto por Melvin Calvin, James Bassham y Andrew Benson de la Universidad de California, Berkeley, mediante el empleo de isótopos radiactivos de carbono-14.1 Calvin fue galardonado con el Premio Nobel de Química en 1961 «por sus trabajos sobre la asimilación del dióxido de carbono por las plantas» Se utilizan seis moléculas de CO2 para generar una molécula de glucosa. En estas reacciones cada una de las moléculas de CO2 es unida a una molécula aceptora, ribulosa-1,5bifosfato (RuBP), que luego se divide en dos moléculas de 3-fosfoglicerato, siendo catalizada por la enzima Rubisco (mediante un proceso de carboxilación sin ATP, utilizando como sustratos CO2 y agua). Luego, el ATP producido durante las reacciones luminosas de la fotosíntesis cede grupos fosfato a estas moléculas, dando lugar a 1,3-difosfoglicerato; al mismo tiempo el NADPH cede electrones a estas moléculas de tres carbonos, dando lugar a gliceraldehido-3-fosfato. Una parte del gliceraldehido-3-fosfato es utilizado para fabricar el azúcar de 6 carbonos de glucosa, entre otros productos de la fotosíntesis. Otra parte del gliceraldehido-3-fosfato es utilizado en

conjunto de una molécula de ATP, para generar el aceptor de CO2 ribulosa-1,5-bifosfato y comenzar el ciclo de nuevo. A cada vuelta completa del ciclo, una molécula de dióxido de carbono entra en el ciclo y es reducida, presentando regeneración de una molécula de RuBP. Seis vueltas del ciclo, con la introducción de seis átomos de carbono, son necesarios para producir un azúcar de seis carbonos, tal como la glucosa. La ecuación general para la producción de una molécula de glucosa es: El ciclo se resume en tres etapas: Etapa 1. Fijación,carboxilación de difosfato de ribulosa para formar PGA. Etapa 2. Reducción de PGA al nivel de un azúcar (CH2O) mediante la formación de gliceraldehído-3-fosfato (GAP) con el NADPH y el ATP que se producen en las reacciones dependientes de la luz. Etapa 3. Regeneración de difosfato de ribulosa, que también requiere ATP. Función En el ciclo de Calvin se utilizan seis moléculas de CO2 las cuales son utilizadas para generar una molécula de glucosa. En estas reacciones cada una de las moléculas de CO2 es unida a una molécula aceptora, ribulosa-1-5-bifosfato (RuBP), que a continuación se rompe en dos moléculas de 3-fosfoglicerato, siendo catalizada por la enzima Rubisco (con la energía de ATP y NADHP). El ATP producido durante las reacciones luminosas de la fotosíntesis cede grupos fosfato a estas moléculas, dando lugar a 1,3-difosfoglicerato; al mismo tiempo el NADPH cede electrones a estas moléculas de tres carbonos, dando lugar a gliceraldehido-3-fosfato (PGAL). Una parte del gliceraldehido-3-fosfato es utilizado para fabricar el azúcar de 6 carbonos de glucosa, entre otros

productos de la fotosíntesis. Otra parte del PGAL junto a una molécula de ATP, genera el aceptor de CO2 ribulosa-1,5-bifosfato y de esta manera comenzar el ciclo de nuevo. A cada vuelta completa del ciclo, una molécula de dióxido de carbono entra en el ciclo y es reducida, presentando regeneración de una molécula de RuBP. Seis vueltas del ciclo, con la introducción de seis átomos de carbono, son necesarios para producir un azúcar de seis carbonos, tal como la glucosa. La ecuación general para la producción de una molécula de glucosa es: 6CO2 + 12NADPH + 12H+ + 18ATP —> C6H12O6 + 12NADP+ + 18ADP + 18Pi + 6H2O El producto del ciclo es el gliceraldehído 3-fosfato, la molécula primaria transportada del cloroplasto hacia el citoplasma de la célula. Esta misma triasa fosfato ("triasa" significa un azúcar de tres carbonos), la cual es formada cuando la molécula de fructuosa 1.6 bifosfato es rota en la cuarta etapa de la glucólisis y es inconvertible con otra triasa fosfato, la dihidroxiacetona. Utilizando la proveniente de la hidrólisis de enlaces fosfato, las primeras cuatro etapas de la glucólisis pueden ser revertidas para formar glucosa a partir del gliceraldehído 3-fosfato. Entre otras funciones, cada 3 vueltas en el ciclo, una molécula de triosa fosfato es regenerada a partir de 3 moléculas de CO2. La triosa fosfato puede es utilizada para la síntesis de almidón. https://www.euston96.com/ciclo-de-calvin/

Conclusión Todo el proceso de la fotosíntesis en realidad es un proceso bastante complejo; por lo que en el presente trabajo nos esforzamos por describirlo de la forma más simple, para una mejor comprensión del lector, y resaltar aquello que interesa a un alumno de Ingeniería Agronómica. Para entender bien las necesidades, las capacidades, y, las limitaciones de un vegetal es de vital importancia entender la fotosíntesis. Por ello concluimos que los conocimientos que se aportan en esta investigación son fundamentales para el buen desempeño en esta materia. El ciclo de Calvin (también conocido como ciclo de Calvin-Benson o fase de fijación del CO2 de la fotosíntesis) consiste en una serie de procesos bioquímicos que se realizan en el estroma de los cloroplastos de los organismos fotosintéticos. En los cuales a partir de CO2 se pueda crear moléculas orgánicas tales como carbohidratos, lípidos y aminoácidos.