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2.9 Photosynthesis

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, IB Bio & MYP Science Teacher, HOD Science, MYP Coordinator

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For the IB Biology course. Core content for photosynthesis only. A more advanced presentation includes the AHL/ Option C content.

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IB Bio & MYP Science Teacher, HOD Science, MYP Coordinator Published on For the IB Biology course. Core content for photosynthesis only. A more advanced presentation includes the AHL/ Option C content.

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NO válido como 1 de los 3 recursos a utilizar en las notas Cornell

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, Biology and TOK teacher at BIS HCMC, Vietnam

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BioKnowledgy presentation on 2.9 Photosynthesis

1. 1. Essential idea: Photosynthesis uses the energy in sunlight to produce the chemical energy needed for life. By Chris Paine https://bioknowledgy.weebly.com/ 2.9 Photosynthesis The background is an microscope image of leaf cells. You can clearly see the cells are packed with chloroplasts. These specialised organelles contain chlorophyll (and other pigments) which trap light energy and use it to build glucose molecules. https://bioweb.uwlax.edu/bio203/s2013/siebold_alic/chloroplast1.jpg

2. 2. Understandings, Applications and Skills Statement Guidance 2.9.U1 Photosynthesis is the production of carbon compounds in cells using light energy. 2.9.U2 Visible light has a range of wavelengths with violet the shortest wavelength and red the longest. 2.9.U3 Chlorophyll absorbs red and blue light most effectively and reflects green light more than other colours. Students should know that visible light has wavelengths between 400 and 700 nanometres, but they are not expected to recall the wavelengths of specific colours of light. 2.9.U4 Oxygen is produced in photosynthesis from the photolysis of water. 2.9.U5 Energy is needed to produce carbohydrates and other carbon compounds from carbon dioxide. 2.9.U6 Temperature, light intensity and carbon dioxide concentration are possible limiting factors on the rate of photosynthesis. 2.9.A1 Changes to the Earth's atmosphere, oceans and rock deposition due to photosynthesis. 2.9.S1 Drawing an absorption spectrum for chlorophyll and an action spectrum for photosynthesis. 2.9.S2 Design of experiments to investigate the effect of limiting factors on photosynthesis. Water free of dissolved carbon dioxide for photosynthesis experiments can be produced by boiling and cooling water. 2.9.S3 Separation of photosynthetic pigments by chromatograph. (Practical 4) Paper chromatography can be used to separate photosynthetic pigments but thin layer chromatography gives better results.

3. 3. 2.9.U1 Photosynthesis is the production of carbon compounds in cells using light energy. http://i-biology.net/ahl/08-cell-respiration-photosynthesis/8-2-photosynthesis/ Photosynthesis is a metabolic pathway. Carbon dioxide and along with water is used to produce carbohydrates. Oxygen is released as a waste gas. Carbon is 'fixed' from carbon dioxide and used to produce to glucose. Light energy is transferred to chemical energy stored in the glucose molecule Water is split: the hydrogen is used to help in the production of glucose, but the oxygen is excreted as a waste gas. n.b. metabolic pathways are controlled by enzymes

4. 4. 2.9.U4 Oxygen is produced in photosynthesis from the photolysis of water. 2.9.U5 Energy is needed to produce carbohydrates and other carbon compounds from carbon dioxide. sunlight electrons One use of the energy consumed in photosynthesis is photolysis (splitting of water molecules) Most of the oxygen is excreted as a waste product http://i-biology.net/ahl/08-cell-respiration-photosynthesis/8-2-photosynthesis/ Glucose can be used by cell respiration or stored as starch. n.b. larger molecules tend to contains more bonds than smaller ones. Therefore more ATP is required to build the bonds and generate larger molecules. Consequently large molecules can act as energy stores.

5. 5. 2.9.U4 Oxygen is produced in photosynthesis from the photolysis of water. 2.9.U5 Energy is needed to produce carbohydrates and other carbon compounds from carbon dioxide. sunlight electrons One use of the energy consumed in photosynthesis is photolysis (splitting of water molecules) Most of the oxygen is excreted as a waste product http://i-biology.net/ahl/08-cell-respiration-photosynthesis/8-2-photosynthesis/ Glucose can be used by cell respiration or stored as starch. n.b. larger molecules tend to contains more bonds than smaller ones. Therefore more ATP is required to build the bonds and generate larger molecules. Consequently large molecules can act as energy stores.

6. 6. 2.9.U5 Energy is needed to produce carbohydrates and other carbon compounds from carbon dioxide.

7. 7. 2.9.U5 Energy is needed to produce carbohydrates and other carbon compounds from carbon dioxide.

8. 8. 2.9.U2 Visible light has a range of wavelengths with violet the shortest wavelength and red the longest.

9. 9. 2.9.U3 Chlorophyll absorbs red and blue light most effectively and reflects green light more than other colours.

10. 10. 2.9.S1 Drawing an absorption spectrum for chlorophyll and an action spectrum for photosynthesis. (Edited by Chris Paine) https://app.box.com/s/88edjbrgbff0febtiyfk8x9l0cdnyshr https://app.box.com/s/88edjbrgbff0fe btiyfk8x9l0cdnyshr http://www.mhhe.com/biosci/genbio/biolink/j_explorations/ch09expl.htm

11. 11. 2.9.S1 Drawing an absorption spectrum for chlorophyll and an action spectrum for photosynthesis. This shows the rate of photosynthesis for all the wavelengths of light as a % of the maximum possible rate. %ofthemaximumrateofphotosynthesis (Edited by Chris Paine)

12. 12. 2.9.S1 Drawing an absorption spectrum for chlorophyll and an action spectrum for photosynthesis.%ofthemaximumrateofphotosynthesis This shows the absorbance of light by photosynthetic pigments (here chlorophyll) for all the wavelengths of light. (Edited by Chris Paine)

13. 13. 2.9.S1 Drawing an absorption spectrum for chlorophyll and an action spectrum for photosynthesis. http://homepages.abdn.ac.uk/p.marston/pages/flash/sa mples/photosyn.swf

14. 14. 2.9.S1 Drawing an absorption spectrum for chlorophyll and an action spectrum for photosynthesis.

15. 15. 2.9.S3 Separation of photosynthetic pigments by chromatograph. (Practical 4) In the absence of equipment use the virtual lab and self-test quiz: http://www.phschool.com/science/biology_place/labbench/lab4/pigsep.html Simplified Bioknowledgy protocol based on the SaPS outline: https://app.box.com/s/i8cc161713atmk7ks5zoex1psyrjir89 Thin layer chromatography for photosynthetic pigments SAPS have published two (slightly) different protocols: * http://www.saps.org.uk/secondary/teaching-resources/189-investigation-of- photosynthetic-pigments-in-green-plants * http://www.saps.org.uk/secondary/teaching-resources/181-student-sheet-10- thin-layer-chromatography-for-photosynthetic-pigments What pigments can you find and identify in a leaf? Gather leaves of different types and colours and use Thin Layer Chromatography (TLC) to separate the pigments, including chlorophyll present in a leaf.

16. 16. 2.9.U6 Temperature, light intensity and carbon dioxide concentration are possible limiting factors on the rate of photosynthesis. RateofPhotosynthesis Light intensity http://i-biology.net/ahl/08-cell-respiration-photosynthesis/8-2-photosynthesis/ When light intensity is increased the rate of photosynthesis increases therefore it is the limiting factor at low levels. At high levels of light intensity further increases have no effect on the rate of photosynthesis. Therefore light intensity is not the limiting factor, another factor (e.g. temperature, CO2 concentration, enzymes or chloroplasts working at maximum efficiency) is limiting photosynthesis. Light intensity refers to the amount of light, of a given wavelength, which is available to the plant.

17. 17. 2.9.U6 Temperature, light intensity and carbon dioxide concentration are possible limiting factors on the rate of photosynthesis. When carbon dioxide concentration is increased the rate of photosynthesis increases therefore it is the limiting factor at low concentrations. RateofPhotosynthesis Carbon dioxide concentration Another factor (e.g. temperature, light, enzymes working at maximum efficiency) is limiting photosynthesis as further increases in carbon dioxide do not increase the rate of photosynthesis. http://i-biology.net/ahl/08-cell-respiration-photosynthesis/8-2-photosynthesis/ CO2 is a substrate for the metabolic pathway hence the relationship is similar to how enzyme reactions are limited by substrate concentration.

18. 18. 2.9.U6 Temperature, light intensity and carbon dioxide concentration are possible limiting factors on the rate of photosynthesis. http://i-biology.net/ahl/08-cell-respiration-photosynthesis/8-2-photosynthesis/ Photosynthesis is a metabolic pathway hence the relationship is similar to how enzyme reactions are affected by temperature. After the optimum temperature enzymes denature rapidly causing a fast decrease in the rate of photosynthesis as temperature increases further. As the temperature approaches the optimum the enzymes begin to denature (active site changes to become non-functional) causing the rate of photosynthesis to increase more slowly and eventually peak. Increases in temperature give molecules more kinetic energy causing substrates to collide with active sites more frequently, this increases the rate of photosynthesis Temperature RateofPhotosynthesis

19. 19. 2.9.S2 Design of experiments to investigate the effect of limiting factors on photosynthesis. http://i-biology.net/ahl/08-cell-respiration-photosynthesis/8-2-photosynthesis/ Placing the plant in a closed space with water. CO2 reacts with the water producing bicarbonate and hydrogen ions, which increases the acidity of the solution. Increased CO2 uptake -> increased pH -> increased rate of photosynthesis.

20. 20. 2.9.S2 Design of experiments to investigate the effect of limiting factors on photosynthesis. http://i-biology.net/ahl/08-cell-respiration-photosynthesis/8-2-photosynthesis/ Aquatic plants can submerged in water in a closed space with a gas syringe attached. Alternatively gas volume can be measured by displacing water in an inverted measuring cylinder or by simply counting bubbles. Oxygen probes can be used with terrestrial plants kept in closed environments to measure increases in oxygen concentration.

21. 21. 2.9.S2 Design of experiments to investigate the effect of limiting factors on photosynthesis. http://i-biology.net/ahl/08-cell-respiration-photosynthesis/8-2-photosynthesis/ Glucose production can be (indirectly) measured by a change in a plant's dry biomass. starch levels in a plant (glucose is stored as starch) can be identified by staining with iodine solution, this can be quantitated using a colorimeter.

22. 22. 2.9.S2 Design of experiments to investigate the effect of limiting factors on photosynthesis. Before designing an carrying out your own investigation what questions need to be asked and considerations need to be made? http://i.ytimg.com/vi/n-YeCeSQS3w/maxresdefault.jpg http://sbi4u- photosynthesis.weebly.com/uploads/1/9/2/8/1928 4461/5941741_orig.jpg

23. 23. 2.9.S2 Design of experiments to investigate the effect of limiting factors on photosynthesis. Before designing an carrying out your own investigation what questions need to be asked and considerations need to be made? http://i.ytimg.com/vi/n-YeCeSQS3w/maxresdefault.jpg http://sbi4u- photosynthesis.weebly.com/uploads/1/9/2/8/1928 4461/5941741_orig.jpg The independent variable * Only one limiting factor should be investigated at a time * The range of values should reflect conditions experienced by the organism * The range of values should allow the limiting factor to range from values that restrict photosynthesis to values that allow photosynthesis to happen at it's optimum rate. * The increments should be sufficiently in size that a trend can be clearly detected

24. 24. 2.9.S2 Design of experiments to investigate the effect of limiting factors on photosynthesis. Before designing an carrying out your own investigation what questions need to be asked and considerations need to be made? http://i.ytimg.com/vi/n-YeCeSQS3w/maxresdefault.jpg http://sbi4u- photosynthesis.weebly.com/uploads/1/9/2/8/1928 4461/5941741_orig.jpg Dependent variable * An accurate method for measuring the rate of photosynthesis needs to be used. * Oxygen production per time unit is recommended. Leaf discs are a successful and easy way to measure oxygen generation by leaves http://www.saps.org.uk/secondary/teaching-resources/284- investigating-photosynthesis-with-leaf-discs

25. 25. 2.9.S2 Design of experiments to investigate the effect of limiting factors on photosynthesis. Before designing an carrying out your own investigation what questions need to be asked and considerations need to be made? http://i.ytimg.com/vi/n-YeCeSQS3w/maxresdefault.jpg http://sbi4u- photosynthesis.weebly.com/uploads/1/9/2/8/1928 4461/5941741_orig.jpg The control variables * These should include the limiting factors not being investigated. * Other key control variables should include any factor that affects a metabolic pathway controlled by enzymes, e.g. pH. * Ambient light should be considered as it affects the wavelength and intensity of light absorbed by the organism. * The values chosen for the control variables should be close to their optimum values so that the control variables do not limit photosynthesis. (If the control variables limit photosynthesis it may not be possible to see the impact of the limiting factor being investigated)

26. 26. Nature of Science: Experimental design - controlling relevant variables in photosynthesis experiments is essential. (3.1) Before designing an carrying out your own investigation what questions need to be asked and considerations need to be made? http://i.ytimg.com/vi/n-YeCeSQS3w/maxresdefault.jpg http://sbi4u- photosynthesis.weebly.com/uploads/1/9/2/8/1928 4461/5941741_orig.jpg The control variables - Nature of Science * Explain why it is essential to control the limiting factors not being investigated. * Evaluate which of the identified reasons are the most important.

27. 27. 2.9.A1 Changes to the Earth's atmosphere, oceans and rock deposition due to photosynthesis. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Blue_Marble_Eastern_Hemisphere.jpg Primordial Earth had a reducing atmosphere that contained very low levels of oxygen gas (approx. 2%). Cyanobacteria (prokaryotes) containing chlorophyll first performed photosynthesis about 2.5 billion years ago. Photosynthesis creates oxygen gas as a by-product (by the photolysis of water). Oxygen levels remained at 2% until about 750 million years ago (mya). From 750 mya until the now there has been a significant rise to 20%. Oxygen generation also allowed the formation of an ozone layer (O3). Ozone shielded the Earth from damaging levels of UV radiation. This, in turn, lead to the evolution of a wider range of organisms. Iron compounds in the oceans were oxidized: * The insoluble iron oxides precipitated onto the seabed. * Time and further sedmentation has produced rocks with layers rich in iron ore called the banded iron formations. Oxygen in the atmosphere lead to the production of oxidised compounds (e.g. CO2) in the oceans.

28. 28. Bibliography / Acknowledgments Jason de Nys

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Biology and TOK teacher at BIS HCMC, Vietnam Published on BioKnowledgy presentation on 2.9 Photosynthesis 1. Essential idea: Photosynthesis uses the energy in sunlight to produce the chemical energy needed for life. By Chris Paine https://bioknowledgy.weebly.com/ 2.9 Photosynthesis The background is an microscope image of leaf cells.

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University of Alberta

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Biocoach

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Concept 1: An Overview of Photosynthesis

Photosynthesis converts light energy into the chemical energy of sugars and other organic compounds. This process consists of a series of chemical reactions that require carbon dioxide (CO ₂) and water (H ₂O) and store chemical energy in the form of sugar. Light energy from light drives the reactions. Oxygen (O ₂) is a byproduct of photosynthesis and is released into the atmosphere. The following equation summarizes photosynthesis:

Photosynthesis transfers electrons from water to energy-poor CO ₂ molecules, forming energy-rich sugar molecules. This electron transfer is an example of an oxidation-reduction process: the water is oxidized (loses electrons) and the CO ₂ is reduced (gains electrons). Photosynthesis uses light energy to drive the electrons from water to their more energetic states in the sugar products, thus converting solar energy into chemical energy.

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Photosynthesis converts light energy into the chemical energy of sugars and other organic compounds. This process consists of a series of chemical reactions that require carbon dioxide (CO 2) and water (H 2O) and store chemical energy in the form of sugar. Light energy from light drives the reactions.

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Khan Academy

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Introducción a la fotosíntesis (artículo) | Khan Academy

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Universidad Complutense de Madrid

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Libro Curtis

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Visión general de la fotosíntesis: sus etapas

1. Los organismos fotosintéticos productores de O ₂ usan energía lumínica, CO ₂ y agua para producir la materia orgánica necesaria para su alimentación. El O ₂ que liberan se forma con átomos provenientes del agua.

2. La fotosíntesis se realiza en dos etapas: la lumínica, en la que se utiliza la energía de la luz para sintetizar y NADPH, y la fijadora de carbono, que utiliza los productos de la primera etapa para la producción de azúcares.

La fotosíntesis ocurre en dos etapas: las reacciones dependientes de la luz y las reacciones que fijan carbono. (a) En las reacciones dependientes de la luz, la de la energía lumínica por las moléculas de a en la membrana del inicia un transporte de electrones y la formación de un gradiente de protones a partir del cual se produce ATP. Durante este proceso, la de agua se escinde y se liberan moléculas de oxígeno gaseoso. Los electrones son finalmente absorbidos por el NADP⁺ y se forma NADPH. (b) En las reacciones que fijan carbono, que ocurren en la del cloroplasto, se sintetizan a partir del CO₂ y el hidrógeno que transporta el NADPH. Este proceso utiliza la energía del ATP y el NADPH producidos en la etapa dependiente de la luz y, como veremos más adelante, implica una serie de reacciones que constituyen el ciclo de Calvin.
La fotosíntesis se realiza en los cloroplastos: los tilacoides

3. En los eucariontes, la fotosíntesis se realiza en los cloroplastos, organelas que poseen una membrana externa y otra interna. La membrana interna rodea una solución densa, la estroma, donde se encuentran las membranas tilacoides, que tienen forma de sacos aplanados dispuestos en forma apilada. Las reacciones de la etapa lumínica ocurren en los sacos tilacoides y las que fijan el carbono, en la estroma.

4. Los sacos tilacoides de los procariontes fotosintéticos pueden formar parte de la membrana celular, estar aislados en el citoplasma o constituir una estructura compleja de la membrana interna.

La naturaleza de la luz

5. El modelo ondulatorio de la luz permite a los físicos describir matemáticamente ciertos aspectos de la luz y el modelo fotónico permite otro tipo de cálculos y predicciones matemáticas. Estos dos modelos ya no se consideran opuestos uno al otro, sino complementarios, en el sentido de que es necesaria una de ambos para una descripción completa del fenómeno que conocemos como luz.

6. Los sistemas vivos absorben la energía lumínica mediante el uso de pigmentos. Los organismos fotosintéticos tienen distintos tipos de pigmentos: la clorofila, que se encuentra en los sacos tilacoides, los carotenoides y las ficobilinas. Existen diferentes tipos de clorofila: la clorofila a, que colecta energía luminosa y está involucrada en la transformación de energía lumínica en química; la clorofila b, presente en las plantas y las algas verdes, y la clorofila c de las algas marrones.

7. La correspondencia entre el espectro de absorción de las clorofilas a y b y el espectro de absorción de la fotosíntesis indica una estrecha relación entre ésta y aquéllas (en ambos casos se observan dos picos, uno en la zona del rojo y otro en la del azul). Los carotenoides absorben en forma muy eficiente longitudes de onda que no son absorbidas por la clorofila.

8. Los organismos fotosintéticos poseen dos fotosistemas, cada uno formado por una antena colectora de luz y un centro de reacción fotoquímico que incluye una molécula de clorofila a. Ambos fotosistemas se diferencian por el pico de absorción de la clorofila: el Fotosistema I lo presenta a 700 nm; el Fotosistema II, a 680 nm.

9. En un flujo no cíclico de electrones, los dos fotosistemas trabajan en forma simultánea y continua. Así se produce un flujo permanente de electrones desde el agua al Fotosistema II, de éste al Fotosistema I y de este último al NADP⁺.

10. Durante el transporte de electrones, los protones presentes en la estroma son enviados al espacio intertilacoide, creando un gradiente cuya energía se utiliza para sintetizar ATP. La síntesis de ATP a partir de energía lumínica se conoce como fotofosforilación.

11. Cuando los dos fotosistemas trabajan en forma independiente, se forma un flujo cíclico de electrones. En este caso no se forma NADPH, pero se sintetiza ATP. Es una ruta alternativa que permite regular la cantidad de NADPH y ATP formados en presencia de luz y, probablemente, aumenta la eficiencia en la formación de ATP cuando coexiste con el flujo no cíclico de electrones.
La energía lumínica atrapada en la molécula reactiva de la clorofila a del Fotosistema II lanza los electrones a un nivel de energía superior. Estos electrones son reemplazados en la molécula de clorofila a por electrones que provienen indirectamente de moléculas de agua que se escinden liberando además protones (H⁺) y gas oxígeno. Los electrones pasan desde el aceptor de electrones primario, a lo largo de una cadena de transporte de electrones, a un nivel de energía inferior, el centro de reacción del Fotosistema I. A medida que pasan a lo largo de esta cadena de transporte de electrones, se forma un gradiente de protones a partir del cual se sintetiza ATP. La energía lumínica absorbida por el Fotosistema I lanza los electrones a otro aceptor primario. Desde este aceptor, los electrones son transferidos mediante otros transportadores al NADP⁺ y se forma NADPH. Los electrones eliminados del Fotosistema I son reemplazados por los del Fotosistema II. El ATP y el NADPH representan la ganancia neta de las reacciones que capturan energía.

Moléculas y complejos moleculares que participan de las reacciones directamente dependientes de la luz. Entre ellos, se distinguen los pigmentos, los transportadores de electrones, los Fotosistemas I y II y ciertas enzimas como las ATP sintetasas. La disposición particular de estas moléculas en la membrana tilacoide hace posible la síntesis quimiosmótica del ATP durante la fotofosforilación. En este proceso, los electrones de la molécula reactiva de clorofila a del Fotosistema II son impulsados a niveles energéticos superiores por la energía lumínica. A medida que descienden por una cadena de transportadores de electrones hacia la molécula reactiva de clorofila a del Fotosistema I, la energía que liberan se usa para bombear protones (H⁺) desde la estroma al espacio tilacoide. Esto crea un gradiente de protones. Cuando los protones se mueven a favor del gradiente a través del complejo de la ATP sintetasa, desde el espacio tilacoide a la estroma del cloroplasto, el se fosforila a ATP.

Las reacciones que fijan carbono

12. El ATP y el NADPH formados durante el transporte de electrones se utilizan en la del CO ₂ a . La incorporación de CO ₂ en compuestos orgánicos se conoce como fijación del carbono y ocurre en forma cíclica (ciclo de Calvin). En las plantas verdes, el CO ₂ llega a las células fotosintéticas a través de aberturas especializadas llamadas estomas.

13. El ciclo de Calvin comienza con la unión del CO ₂ a una molécula de cinco carbonos (ribulosa bifosfato) que luego se divide en dos moléculas de tres carbonos (fosfoglicerato). Cada seis vueltas del ciclo se introducen seis moléculas de CO ₂ y se producen dos moléculas de un de tres carbonos (gliceraldehído fosfato).

14. Las plantas poseen un mecanismo de control que evita que el ciclo de Calvin ocurra durante la noche. La luz lo estimula indirectamente y las reacciones de fijación de carbono son inhibidas en la oscuridad.
En cada "vuelta" completa del ciclo ingresa una molécula de CO₂. Aquí se resumen seis ciclos, el número requerido para elaborar dos moléculas de gliceraldehído fosfato, que equivalen a un azúcar de seis carbonos. Se combinan seis moléculas de ribulosa bifosfato (RuBP), un compuesto de cinco carbonos, con seis moléculas de CO₂ y se producen seis moléculas de un intermediario inestable que pronto se escinde en doce moléculas de fosfoglicerato, un compuesto de tres carbonos. Estos últimos se reducen a doce moléculas de gliceraldehído fosfato. Diez de estas moléculas de tres carbonos se combinan y se regeneran para formar seis moléculas de cinco carbonos de RuBP. Las dos moléculas "extra" de gliceraldehído fosfato representan la ganancia neta del ciclo de Calvin. Estas moléculas son el punto de partida de numerosas reacciones que pueden implicar, por ejemplo, la síntesis de glúcidos, aminoácidos y ácidos grasos. La energía que impulsa al ciclo de Calvin proviene del ATP y el NADPH producidos por las reacciones de captura de energía en la primera etapa de la fotosíntesis.

15. La fotorrespiración ocurre cuando la concentración de CO 2 en la hoja es baja en relación con la de O ₂. Consiste en la de la ribulosa bifosfato, con formación de CO 2 y agua. Es un proceso que disminuye la eficiencia fotosintética de las plantas.

16. En las células del de las plantas C ₄, el CO ₂ se une a un compuesto de tres carbonos (fosfoenolpiruvato), formando oxalacetato. Este último se convierte en malato y pasa a zonas más profundas de la hoja, donde libera CO ₂ que ingresa en el ciclo de Calvin. Este proceso, que involucra gasto de energía, representa una adaptación a las sequías y a intensidades lumínicas y temperaturas altas.
El CO₂ se fija primero en las células del mesófilo como ácido oxalacético. La PEP carboxilasa, a diferencia de la RuBP carboxilasa, es incapaz de incorporar O₂. Aun con concentraciones muy bajas de CO₂ y en presencia de abundante O₂, la trabaja rápidamente uniendo el CO₂ al PEP. Comparada con la RuBP carboxilasa, en presencia de O₂ la PEP carboxilasa fija el CO₂ más rápido y en concentraciones menores, manteniendo baja la concentración de CO₂ dentro de las células cercanas a la superficie de la hoja. El ácido oxalacético se transforma en ácido málico que es transportado a las células de la vaina, donde libera CO₂. El CO₂ así formado entra en el ciclo de Calvin. El ácido málico se transforma en pirúvico que regresa a la del mesófilo, donde es fosforilado a PEP.

17. En plantas de ambientes secos existe una vía metabólica llamada fotosíntesis CAM. La fijación de CO ₂ ocurre durante la noche y con él se forma malato, que se almacena en las vacuolas. Durante el día, el malato es liberado, se descarboxila y el CO ₂ ingresa en el ciclo de Calvin.

Utilización de los productos de la fotosíntesis

18. El gliceraldehído fosfato producido por el ciclo de Calvin se integra en glucosa o fructosa. Las células vegetales usan estas sustancias para elaborar , y ; las células animales las usan para elaborar . Todas las células utilizan azúcares para la elaboración de otros carbohidratos, lípidos y aminoácidos. Además, la oxidación del carbono fijado es la fuente de energía del ATP en todas las células heterótrofas.

El balance entre la fotosíntesis y la respiración

19. En las plantas, la fotosíntesis y la respiración ocurren en forma simultánea. La intensidad lumínica a la cual se igualan sus velocidades es el punto de compensación para la luz. La concentración de CO ₂ a la cual se igualan es el punto de compensación para el CO ₂. Por debajo de estos puntos de compensación, la respiración excede a la fotosíntesis y la planta no crece. Como muchos órganos vegetales no fotosintetizan, para que una planta se mantenga y crezca, la fotosíntesis debe exceder largamente la tasa de respiración.

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1. Los organismos fotosintéticos productores de O 2 usan energía lumínica, CO 2 y agua para producir la materia orgánica necesaria para su alimentación. El O 2 que liberan se forma con átomos provenientes del agua. 2.

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Animación traducida

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Animación Fotosintesis en 3D traducida al español