fisioVegetal 1er parcial Flashcards
Diferencias entre la célula vegetal y la animal
- Presenta una pared celular
- Presenta una vacuola muy grande que almacena sustancias de reservay favorece la turgencia.
- Presenta plastidios
- Presenta transporte intercelular o simplástico a través de plasmodesmos vital para el transporte.
Ciclo de Calvin
Es un ciclo con una serie de procesos bioquímicos que ocurren en el estroma de los cloroplastos como parte de la fase oscura de la fotosíntesis. Consigue fijar CO2 para generar sustancias útiles para la planta y además regenerar su compuesto inicial. La enzima más importante del proceso es la RuBisCo.
Fases del ciclo de Calvin
- Carboxilación
- Reducción
- Regeneración
Carboxilación
Fijación y carboxilación de ribulosa bifosfato por parte de la RuBisCO. Esto desestabiliza la molécula y rápidamente se separa en 2 moléculas de ácido 3 fosfoglicérico (PGA) gracias a una hidrolasa.
Reducción
Reducción de PGA a un gliceraldehído-3-fosfato (G3P) con el NADPH y el ATP que se producen en las reacciones dependientes de la luz. Con ellas, se puede producir casi cualquier carbohidrato. El PGA es fosforilado por una APG quinasa que necesita ATP formando BisAPG y luego una PGA deshidrogenasa con aporte de energía del NADHP aporta electrones formando G3P.
Regeneración
Fase que cierra el ciclo con la regeneración de difosfato de ribulosa.
Se juntan 2 DHAPs , convertidos del G3P gracias a la actuación de una isomerasa, que por condensación alcohólica resultado de una aldolasa pierde un fosfato y se convierte en frictosa bifosfato. Esta pasará a fructosa 6 fosfato, primer compuesto de entrada al metabolismo de la planta (con él se puede hacer sacarosa, almidón…) pero solo 1 sale del ciclo.
El resto se necesitan regenerar los RuDP iniciales para que el ciclo siga ocurriendo. Al F6P se añade un gliceraldehído fosfato para dar a su lugar una molécula de 9 C que se
separará para dar lugar a la Xu5P y la E4P. A partir de ahí se pueden seguir dos rutas:
* El Xu5P se transforma rápidamente en Ru5P por acción de una epimerasa y éste pasará en RuDP, compuesto regenerado que volverá al ciclo.
* Al E4P se añaden 3C y pasa a Su7P que también se añadirán 3C lo que provocará que se formen dos moléculas de 5C, el R5P y el Xu5P que
irán a la vía anterior.
Gasto del ciclo de Calvin para formar una hexosa
3 CO2, 9 ATPs y 6 NADPHs para formar una triosa, el doble si queremos una hexosa.
Regulación del ciclo de Calvin
Existen 5 enzimas reguladas en el ciclo:
* RuBisCo: Tiene 2 unidades y una de ellas es dependiente de la luz para iniciar factores de transcripción dentro del cloroplasto. Regulada por
* GPA deshidrogenasa
* Fosfatasas
* Ru5P quinasa
Estos últimos están regulados por la luz ya que reduce los puentes de disulfuro activándolos ya que el radical -SH presente en todos es funcional.
El cloroplasto tiene dotación génica parcial y entre las cosas que puede hacer es la síntesis de la RuBisCO.
Síntesis de sacarosa
Las plantas dedican gran parte de su producción a la síntesis de sacarosa para las estructura no fotosintéticas.
* La síntesis de F6P se da en el citoplasma a partir de una molécula de G3P que sale del cloroplasto junto con fosfato gracias a una permeasa.
Se trata de un disacárido y es la forma de trasnporte del carbono asimilado en la planta. En condiciones fisiológicas es reversible y por la noche sus reservas son degradadas para ser usada en la glucólisis.
* Si en cambio en el citoplasma hay suficietne sacarosa, la sacarosa retroinhibe su propia síntesis y el cloroplasto acumulan reservas de almidón que será útil para ser degradado si no hay luz.
¿Qué tipo de plantas hacen el ciclo de Calvin?
Todas las plantas realizan el proceso pero cambia la enzima que fija el CO2 (CAM, C3 y C4)
Características de las plantas C4
- El primer producto de la fijación del carbono no es una molécula de 3 carbonos (G3P) sino de 4, concretamente oxalacetato.
- La enzima fijadora de CO2 es la PEP Carboxilasa sobre OOA
- Se encuntran en zonas tropicales o subtropicales donde las altas temperaturas y la luz aumentan su estrés hídrico.
- El factor limitante es el CO2
- Alta tasa fotosintética y de crecimiento
- Baja pérdida de agua respecto a la materia seca producida
- Modificación reciente, no se encuentran C4 gimnospermas
Características de las plantas CAM
- La enzima fijadora es la PEP Carboxilasa sobre PEP.
- Plantas de zonas desérticas donde hay cambios bruscos de Tª entre el día y la noche
- Separan el ciclo de Calvin y la fijación de CO2 en el tiempo, almacenando las sustancais en sus vacuolas. La suculencia provoca que baje el potencial hídrico y por tanto aumente la absorción de agua.
- Abren los estomas y fijan el CO2 por la noche
- Existen plantas CAM facultativas que pueden comportarse como C3 en condiciones normales y como CAM ante estrés hídrico.
Estructura de las plantas C4
Presenta 2 tipos de célula, entre las cuales hay una capa de suberina:
* Del mesófilo: Tienen cloroplastos pequeños con grana. No almacenan almidón. Tienen 2 fotosistemas y son las responsables de la fijación de CO2.
* De la vaina: Tienen cloroplastos grandes prácticamente sin grana. Almacenan almidón y al tener deficiencias en el FSII hacen más fotosíntesis cíclica que no cíclica. Están dispuestas en corona conectadas ampliamente por plasmodesmos.
Proceso bioquímico del ciclo de Calvin en C4
- En las células del mesófilo, el CO2 se fija en fosfoenolpiruvato (PEP) formando oxalacetato (OAA) que es el primer producto de la fijación, una molécula de 4 carbonos. Esta reacción es catalizada por la PEP carboxilasa.
- El OAA es deshidrogenado y transportado a las células de la vaina en forma de malato o aspartato donde es descarboxilado. Uno de los carbonos entra al ciclo de Calvin gracias a la RuBisCo y los otros 3 carbonos vuelve al mesófilo para regenerar el PEP, con aporte de energía, que servirá para formar de nuevo OAA.
El OAA es una molécula muy inestable y se degrada rápidamente
Ventajas del ciclo en C4
- Son plantas más productivas ya que están adaptadas a concentraciones bajas de CO2
- Como son más eficientes incluso cuando hay poco CO2 los estomas pueden abrirse menos y por tanto están adaptadas al déficit hídrico.
- Como la fijación de carbono se da en un lugar diferente que el ciclo de Calvin, no hay peligro de que la RuBisCo se adhiera al oxígeno.
Regulación del ciclo en C4
- La enzima malato deshidrogenasa está regulada por la luz positivamente
- La PEP carboxilasa está regulada por la luz y por fosforilzaciones. Además la acumulación de ácido málico la retroinhibe.
Estructura de las plantas CAM
- Presentan un solo tipo de célula
- Presentan una gran vacuola
Proceso bioquímico del ciclo en CAM
Durante la noche:
1. Se fija el CO2 sobre PEP con la PEP carboxilasa formando oxalacetato
2. El oxalacetato pasa rápidamente a ser malato por una reacción de la MDH dependiente de NADPH.
3. El ácido málico se almacena en las vacuolas y puede transformarse en otros ácidos.
Durante el día:
1. El malato y otros ácidos formados salen de la vacuola que por descarboxilación forma piruvato que servirá para regenerar el PEP y CO2 que irá al ciclo de Calvin.
Proceso de la fotorrespiración
- En el cloroplasto, cuando la RuBisCO fija un O2 a una RuBP, esta se rompe en G3P y 2-fosfoglicolato que pasa a ser glicolato.
- Esta molécula no se puede degradar en el cloroplasto y debe pasar al preoxisoma donde es oxidado a glioxilato. Este puede tomar 2 caminos:
* Volver al cloroplasto
* Convertirse en glicina. En este proceso se genera H2O2 (tóxico para la planta) - La glicina entonces pasa a la mitocondria donde es transformada en Serina, produciendo NH3 y CO2.
- La Serina es transportada al peroxisoma donde se convierte en glicerato
- El glicerato pasa al cloroplasto y finalmente, puede dar lugar a una molécula de G3P que entrará al ciclo de Calvin.
Características de la fotorrespiración
- Es estimulada por la luz e inhibida por la fotosíntesis
- Es un proceso respiratorio no mitocondrial de consumo de O2 y producción de CO2 que se da en el mesófilo de la hoja
- Intervienen el cloroplasto, el peroxisoma y la mitocondria
- La RubBisCo tiene actividad oxidasa
- El glicolato y el glioxilato sufren conversiones cíclicas
- El proceso compite con la fotosíntesis ya que el poder reductor proviene del NADPH y la energía del ATP
- Al final del ciclo se regenera un seguno G3P
- No todo el carbono vuelve al cloroplasto
Regulación de la fotorrespiración
En caso de que se de la fotorrespiración (O2>CO2)
* A mayor concentración de O2, más rápido se dará
* A mayor temperatura, más fotorrespiración
* A más luz, más fotorrespiración
Fotorrespiración en plantas C3, C4 y CAM
- En las plantas C3 se favorece la actividad carboxilasa pero puede ocurrir fotprrespiración
- En plantas C4 no fotorrespiran porque la PEP carboxilasa no tienen función oxigenasa y solo hay RuBisCO en las células de la vaina.ç
- En las plantas CAM, cierran los estomas de noche y descarboxilan de día por lo que aumentan el CO2 y por tanto, la actividad carboxilasa.
Características del Nitrógeno
- La fuente más abundante de N es la atmósfera (N2)
- Las bacterias son las únicas capaces de fijar el N2 de la atmósfera formando nitrato, algunas como el género Rhizobium entran en simbiosis con plantas como las leguminosas. De esta manera las plantas pueden capar el nitrato, convertilo en nitrito y luego hasta amonio, forma en la que pueden asimilarlo en sus estructuras.
- Compuesto con varios estados de oxidación por lo que se necesita mucha energía
Absorción del nitrógeno por parte de las plantas
- La absorción del nitrato es activa y contra gradiente. El nitrato pasa por cotransporte con H+ a través de una ATPasa (habrá otra para expulsar los H+ excedentes)
- El NH3- entra en la vacuola a favor de gradiente pero sale cotransportado con H+
Asimilación por parte de la planta
El nitrato es absorbido activamente desde la raíz y se almacana en la vacuola. En el citosol se reduce a nitrito y en el cloroplasto se reduce a amonio que podrá ser asimilado por las plantas.
* A nivel de hoja, los Aa o los compuestos nitrogenados viajarán por floema hacia el resto de la planta
* A nivel de raíz, los Aa o los compuestos nitrogenados viajarán por xilema hacia el resto de la planta.