Fotosíntesis, ciclo de Calvin y metabolismo vegetal C3, C4 y CAM

Resumen

El documento resume los procesos metabólicos de la fotosíntesis y la respiración, con sus ecuaciones generales. Describe la fase luminosa, con los fotosistemas y la cadena de electrones, y el ciclo de Calvin con la enzima RuBisCO. Además, compara las adaptaciones C3, C4 y CAM frente a la fotorrespiración.

Puntos clave

Fotosíntesis: 6CO₂ + 6H₂O + luz → C₆H₁₂O₆ + 6O₂, reacción anabólica endergónica.
Respiración: C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O + ATP, reacción catabólica exergónica.
La fase luminosa usa PSII y PSI, la cadena de electrones y las enzimas ATP sintasa y ferredoxina-NADP reductasa para producir ATP y NADPH.
El ciclo de Calvin tiene tres etapas: fijación del carbono, reducción y regeneración de RuBP, con la RuBisCO como enzima clave.
La fotorrespiración es ineficiente porque la RuBisCO actúa sobre el oxígeno en lugar del CO₂.
Las plantas C4 separan espacialmente la fijación del CO₂ y el ciclo de Calvin, mientras que las CAM los separan en el tiempo.

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Procesos Metabólicos: Fotosíntesis y Respiración

1. Ecuaciones Generales y Naturaleza Metabólica

Fórmula general de la fotosíntesis: 6CO₂ + 6H₂O + luz → C₆H₁₂O₆ + 6O₂. Es una reacción anabólica (endergónica).
Fórmula general de la respiración: C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O + ATP. Es una reacción catabólica (exergónica).

2. Fase Luminosa de la Fotosíntesis

Complejos proteicos: Fotosistema II (PSII) y Fotosistema I (PSI).
Complejo antena: Conjunto de pigmentos que captan fotones y los dirigen al centro de reacción, el cual contiene clorofila a.
Cadena transportadora de electrones: Plastoquinona, Citocromo y Plastocianina.
Enzimas clave: ATP sintasa y Ferredoxina-NADP reductasa (producen ATP y NADPH).
Fotólisis: Proceso de rompimiento del agua para liberar hidrógeno y oxígeno.
Factores limitantes: Baja intensidad de luz, temperatura inadecuada y falta de agua.

3. Ciclo de Calvin y Fijación del Carbono

Etapas: Fijación del carbono, reducción y regeneración de RuBP.
Enzima clave: RuBisCO.
Producto final: El gliceraldehído 3-fosfato da origen a moléculas de glucosa.

4. Adaptaciones Metabólicas: C3, C4 y CAM

Fotorrespiración: Vía metabólica ineficiente que ocurre cuando la enzima RuBisCO actúa sobre el oxígeno en lugar del dióxido de carbono.
Plantas CAM: Reducen la fotorrespiración y ahorran agua separando los pasos metabólicos en el tiempo (día y noche).
Plantas C4: Minimizan la fotorrespiración separando la fijación inicial de CO₂ y el ciclo de Calvin en el espacio (diferentes tipos de células).

Comparativa de Metabolismo Vegetal

Plantas C3

Células: Mesófilo.
Enzima de fijación: RuBisCO.
Fijación previa: No aplica (fijación directa).
Momento: Durante el día.
Ejemplos: Trigo, arroz, frijol, soya, papa.

Plantas C4

Células: Mesófilo y vaina vascular.
Enzima de fijación: PEP carboxilasa.
Molécula liberadora de CO₂: Ácido málico (malato).
Momento: Durante el día.
Ejemplos: Maíz, sorgo, caña de azúcar.

Preguntas frecuentes

¿Qué es la fotorrespiración?

Es una vía metabólica ineficiente que ocurre cuando la enzima RuBisCO actúa sobre el oxígeno en lugar del dióxido de carbono.

¿En qué se diferencian las plantas C4 de las CAM?

Las plantas C4 separan la fijación inicial de CO₂ y el ciclo de Calvin en el espacio, entre distintos tipos de células. Las CAM lo hacen en el tiempo, día y noche.