Utilizando un Terrario Como Modelo Para Explicar el Funcionamiento de los Ecosistemas

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1 Utilizando un Terrario Como Modelo Para Explicar el Funcionamiento de los Ecosistemas Prof. Mario Tacher MSP21-Nivel Superior Universidad Interamericana Recinto de Bayamón

2 Objetivos Construir un terrario y utilizarlo como modelo de ecosistema para: Reconocer las relaciones de interdependencia entre los componentes de un ecosistema a través de cadenas alimenticias Visualizar como los ciclos biogeoquímicos transforman y transportan la materia en los ecosistemas. Visualizar como se transforma la energía en los ecosistemas. Interpretar las reacciones químicas de los procesos de fotosíntesis y respiración celular utilizando un modelo de ecosistema, enfatizando las entradas y salidas de la materia y la transferencia de la energía llevada a cabo por sus componentes.

3 Preguntas Esenciales (PE) y Comprensio n Duradera (CD)-(Unidad B3) PE1 De qué forma el ciclo de los elementos apoya la vida en la Tierra? CD1 Los ciclos biogeoqui micos, incluyendo el ciclo del carbono, transportan materia a trave s de los oce anos, la atmo sfera, el suelo y la biosfera. PE2 Co mo se combinan el carbono, el hidro geno y el oxi geno con otros elementos para formar los aminoa cidos? CD2 Los a tomos forman mole culas orga nicas, tales como los aminoa cidos, a trave s de reacciones que son catalizadas por enzimas..

4 Preguntas Esenciales (PE) y Comprensio n Duradera (CD)-(Unidad B7) PE1. Por qué son importantes los ciclos biogeoqui micos para el ecosistema? CD1. Los ciclos de la materia y la energi a en los ecosistemas proporcionan los materiales necesarios en los procesos de fotosi ntesis y respiracio n celular. PE4. Co mo los humanos impactan a los ecosistemas y a la biodiversidad? CD4. Las actividades humanas suelen tener impactos adversos sobre los ecosistemas y la biodiversidad como resultado de la sobrepoblacio n, sobrexplotacio n de recursos, destruccio n de ha bitats y contaminacio n.

5 Preguntas Esenciales (PE) y Comprensio n Duradera (CD)-(Unidad A.3) PE1 Co mo la energi a se transforma a trave s de un sistema biolo gico? CD1 En un ecosistema, los organismos esta n enlazados unos a otros a trave s del flujo de energi a. PE2 Por qué son importantes las interacciones entre las especies en un ecosistema? CD2 Todos los animales y la mayori a de las plantas dependen tanto de otros organismos, como de su ambiente, para satisfacer sus necesidades ba sicas.

6 Preguntas Esenciales (PE) y Comprensio n Duradera (CD)-(Unidad A.3) PE3 Co mo el entendimiento sobre el flujo de la materia y la energi a a trave s de los sistemas vivientes afecta las decisiones personales y de poli tica pu blica? CD3 Todos los seres vivientes requieren energi a para sostener un ecosistema pro spero, lo que influye las decisiones poli ticas.

7 Preguntas Esenciales (PE) y Comprensio n Duradera (CD)-(Unidad A.4) PE3 Co mo se recicla la naturaleza a si misma? CD3 A pesar de que la materia y la energi a se conservan a trave s de escalas de tiempo geolo gicas y cosmolo gicas, los recursos naturales no son infinitos. PE4 Las personas esta n utilizando informacio n correcta al tomar decisiones sobre el medio ambiente? CD4 Los avances tecnolo gicos deben ser balanceados con la responsabilidad inherente que tienen los humanos hacia el ambiente.

8 Objetivos de Transferencia (T) y Adquisicio n (A)-(B.3) T1. Al terminar la unidad, el estudiante utiliza su aprendizaje sobre los ciclos de la materia a trave s de los subsistemas de la Tierra y la transferencia de energi a y materia durante la biosi ntesis de mole culas orga nicas para tomar decisiones informadas respecto a la conservacio n y propagacio n de las plantas como productoras de alimento, controlar los efectos dan inos a los ciclos de la materia y la energi a en los ecosistemas y mantener una dieta balanceada. A2. Evaluar y explicar modelos de los ciclos biogeoqui micos.

9 Objetivos de Transferencia (T) y Adquisicio n (A)-(B.3) A3. Interpretar las reacciones qui micas involucradas e ilustrar el rol de la fotosi ntesis y la respiracio n celular en los subsistemas del Planeta Tierra. A4. Formular una explicacio n sobre la si ntesis de los aminoa cidos y otras mole culas de carbono. A5. Disen ar un modelo que demuestre que la respiracio n celular es el proceso qui mico que resulta en la transferencia neta de energi a. A7. Ilustrar co mo los procesos de fotosi ntesis y de respiracio n transforman la energi a de la luz en energi a qui mica almacenada.

10 Objetivos de Transferencia (T) y Adquisicio n (A)-(B.6) A1. Construir y revisar una explicacio n sobre co mo los a tomos y las mole culas (carbono, oxi geno, hidro geno y nitro geno) se conservan cuando pasan a trave s de un ecosistema. A6. Explicar la relacio n entre poblacio n, comunidades y ecosistemas en una biosfera.

11 Objetivos de Transferencia (T) y Adquisicio n (A)-(A.3) T1. Al terminar la unidad, el estudiante usará sus conocimientos sobre las relaciones entre la ecologi a, el flujo de energi a, y el agua en el ambiente, para tomar decisiones informadas sobre la calidad de sus vidas, la conservacio n del ambiente en que vive y el mundo en general. A1. Evaluar las relaciones de interdependencia entre los elementos de un ecosistema, entre los mismos ecosistemas, y el planeta.

12 Objetivos de Transferencia (T) y Adquisicio n (A)-(A.3) A4. Representar y analizar la interdependencia del alimento con diagramas de cadenas y redes. A6. Identificar a la entropi a como un factor principal en la pe rdida de la energi a disponible en el alimento a trave s de los niveles tro ficos.

13 Objetivos de Transferencia (T) y Adquisicio n (A)-(A.4) A6. Analizar los modelos de ciclos biogeoqui micos. A7. Describir el papel de la fotosi ntesis y respiracio n celular en los ciclos del carbono en la biosfera, la atmo sfera y la litosfera.

14 Estándares e Indicadores (B.2) Interacciones y energía ES.B.CB1.IE.3 Disen a un modelo que ilustre que la respiracio n celular es un proceso qui mico a trave s del cual los enlaces de las mole culas de alimento y las mole culas de oxi geno se rompen y se forman nuevos enlaces, resultando en una transferencia de energi a neta. El e nfasis está en la comprensio n conceptual de los procesos de entrada y salida durante la respiracio n celular.

15 Estándares e Indicadores (B.2) Interacciones y energía ES.B.CB1.IE.4 Usa modelos para ilustrar co mo la fotosi ntesis y la respiracio n transforman la energi a de la luz en energi a qui mica almacenada. El e nfasis está en la ilustracio n de las entradas y salidas de la materia y la transferencia y transformacio n de energi a en la fotosi ntesis por parte de las plantas y otros organismos fotosinte ticos. Ejemplos de modelos podri an incluir diagramas, ecuaciones qui micas y modelos conceptuales.

16 Estándares e Indicadores (B.3) Interacciones y energía ES.B.CB1.IE.2 Construye y revisa una explicacio n basada en evidencia de co mo el carbono, el hidro geno y el oxi geno de las mole culas de azu car pueden combinarse con otros elementos para formar aminoa cidos y otras mole culas de carbono. El e nfasis está en el uso de modelos y simulaciones que apoyen esta explicacio n.

17 Estándares e Indicadores (B.3) Interacciones y energía ES.B.CB1.IE.3 Disen a un modelo que ilustre que la respiracio n celular es un proceso qui mico a trave s del cual los enlaces de las mole culas de alimento y las mole culas de oxi geno se rompen y se forman nuevos enlaces, resultando en una transferencia de energi a neta. El e nfasis está en la comprensio n conceptual de los procesos de entrada y salida durante la respiracio n celular.

18 Estándares e Indicadores (B.3) Interacciones y energía ES.B.CB1.IE.4 Usa modelos para ilustrar co mo la fotosi ntesis y la respiracio n transforman la energi a de la luz en energi a qui mica almacenada. El e nfasis está en la ilustracio n de las entradas y salidas de la materia y la transferencia y transformacio n de energi a en la fotosi ntesis por parte de las plantas y otros organismos fotosinte ticos. Ejemplos de modelos podri an incluir diagramas, ecuaciones qui micas y modelos conceptuales.

19 Estándares e Indicadores (B.3) Interacciones y energía ES.B.CB2.IE.3 Desarrolla modelos para ilustrar el papel de la fotosi ntesis y la respiracio n celular en los ciclos de carbono en la biosfera, atmosfera, hidrosfera y geosfera. Ejemplos de modelos podri an incluir simulaciones y modelos matema ticos. La evaluacio n no incluye los pasos qui micos especi ficos de la fotosi ntesis y la respiracio n.

20 Estándares e Indicadores (B.7) Conservación y Cambio ES.B.CB2.CC.3 Explica la relacio n entre las poblaciones, las comunidades, los ecosistemas de la biosfera. ES.B.CB2.CC.4 Disen a, evalu a y refina una solucio n para reducir los impactos de las actividades humanas en el ambiente y en la biodiversidad. Ejemplos de las actividades pueden incluir la urbanizacio n, la construccio n de represas y la diseminacio n de especies invasoras.

21 Estándares e Indicadores (B.7) Interacciones y energi a ES.B.CB2.IE.1 Construye y revisa una explicacio n, a base de evidencia, sobre los ciclos de la materia y el flujo de la energi a en condiciones aero bicas y anaero bicas. El e nfasis está en la comprensio n conceptual de los papeles de la respiracio n aero bica y anaero bica en diferentes ambientes.

22 Estándares e Indicadores (A.3) Interacciones y energi a ES.A.CB1.IE.11 Revisa evidencia para apoyar el hecho de que la entropi a es el factor principal de pe rdida de energi a disponible en los alimentos a trave s de los niveles tro ficos. ES.A.CB1.IE.12: Analiza el rol que desempen an y establece conexiones entre los productores, los consumidores y los descomponedores en la cadena y en la red alimentaria de un ecosistema, y explica que la cadena alimentaria o tro fica es un ejemplo de la relacio n mutua de supervivencia entre las especies. Incluye representar la interdependencia alimentaria mediante el uso de diagramas.

23 Estándares e Indicadores (A.3) Interacciones y energi a ES.A.CB1.IE.13 Representa la interdependencia alimentaria con diagramas que ilustren cadenas y redes tro ficas, y establece relaciones de interdependencia entre los elementos de un ecosistema, entre los ecosistemas entre sí y entre estos y el planeta.

24 Estándares e Indicadores (A.4) Interacciones y energi a ES.A.CB1.IE.8 Representa y describe el ciclo del carbono en la hidrosfera, atmo sfera, la geosfera y la biosfera. El e nfasis esta en ilustrar los ciclos biogeoqui micos. Debe incluir el ciclo del carbono por oce anos, atmo sfera, suelos y bio sfera (incluyendo los seres humanos). ES.A.CB1.IE.9 Describe el papel de la fotosi ntesis y la respiracio n celular en los ciclos de carbono en la biosfera, atmosfera hidrosfera y geosfera. Ejemplos podri an ser modelos o incluir simulaciones u organizadores gra ficos.

25 Procesos y Destrezas PD2: Desarrolla y usa modelos: El estudiante utiliza, sintetiza y desarrolla modelos para predecir y demostrar las relaciones entre los sistemas y sus componentes. Desarrolla un modelo a base de evidencias para ilustrar estas relaciones.

26 Procesos y Destrezas PD8: Obtiene, evalu a y comunica informacio n: El estudiante evalu a la validez y confiabilidad de las suposiciones, me todos y disen os. Comunica informacio n te cnica y cienti fica en mu ltiples formatos (incluyendo formatos verbales, gra ficos, textuales y matema ticos). PD2: Desarrolla y usa modelos: El estudiante utiliza, sintetiza y desarrolla modelos para predecir y demostrar las relaciones entre los sistemas y sus componentes. Desarrolla un modelo basado en evidencias para ilustrar y predecir las relaciones entre sistemas y sus componentes. Estos proveen una explicacio n meca nica del feno meno.

27 Definición de Ecosistema Consiste de todos los organismos (factores bióticos) interaccionando en un área dada y de todos los componentes físicos y químicos (factores abióticos) de los que dependen.

28 Factores Bióticos Incluye todos los seres vivos y sus interacciones: Interacciones intra-específicas: relaciones entre organismos de la misma especie. Interacciones inter-específicas: relaciones entre organismos de diferentes especies.

29 Factores Abióticos Presentes en los Ecosistemas: Temperatura Agua Luz solar Viento Rocas y suelos (complejidad física, ph, minerales).

30 Bosque Tropical Ecosistema Terrestre

31 El Terrario Como Ecosistema Artificial Dibuje la composición de su terrario.

32 Dibujo # 2

33 Terrario Identifique factores bióticos y abióticos asociados a su terrario. Mencione algún tipo de relación interespecífica y/o intraespecífica que esté ocurriendo en su terrario.

34 Terrario Identifique factores bióticos y abióticos asociados a su terrario.

35 Terrario Mencione algún tipo de relación interespecífica y/o intraespecífica que este ocurriendo en su terrario:

36 Dinámica de los Ecosistemas La dinámica de los ecosistemas envuelve dos vertientes claves para entender su funcionamiento: El flujo de energía El reciclaje de la materia.

37 Flujo de Energía en los Ecosistemas: Definición de energía: capacidad para realizar trabajo. Los seres vivos la utilizan para reproducción, desarrollo y para procesos metabólicos que los mantienen vivos. Sin energía, no habría vida.

38 Cómo Entra la Energía en los Ecosistemas? La energía entra en la mayoría de los ecosistemas en la forma de fotones de luz solar y es capturada por organismos fotoautótrofos. Fotoautótrofos: organismos que producen su propio alimento (i.e plantas, algas, procariótas fotosintéticos). Los fotoautótrofos transforman la energía del sol en energía química (carbohidratos) vía el proceso de fotosíntesis.

39 Photo by Nasim Mansurov (http://photographylife.com Ecuación que Resume el Proceso de Fotosíntesis 6 CO H 2 O + Fotones C 6 H 12 O O H 2 O

40 Terrario Identifique los organismos autótrofos en su terrario. Donde ocurre el proceso de fotosíntesis en su terrario?

41 Terrario Identifique los organismos autótrofos en su terrario: Donde ocurre el proceso de fotosíntesis en su terrario?

42 Bio.miami.edu Fotosíntesis en los Cloroplastos

43 Terrario Describa el proceso de fotosíntesis en su terrario, indicando donde están los productos y reactivos de su ecuación. 6 CO H 2 O + Fotones C 6 H 12 O O H 2 O

44 Dibujo # 2

45 Flujo de Energía en los Ecosistemas: Una vez incorporada en la planta (enlaces químicos de los carbohidratos), la energía pasa a los organismos consumidores (heterótrofos) en forma de compuestos orgánicos en su alimento.

46 Terrario Están presentes organismos heterótrofos en su terrario? Cuál o cuáles?

47 Flujo de Energía en los Ecosistemas: En las células de los heterótrofos se transforma la energía de los compuestos orgánicos en energía para llevar a cabo los procesos metabólicos (ATP) mediante el proceso de respiración celular en las mitocondrias. C 6 H 12 O O 2 6 CO H 2 O + Energía (ATP + calor).

48 Terrario Ilustre el proceso de respiración celular en su terrario. Indique donde están los productos y reactivos de la ecuación. C 6 H 12 O O 2 6 CO H 2 O + Energía (ATP + calor).

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50 Flujo de Energía en un Ecosistema Primera Ley de Termodinámica

51 Transferencia de Energía Entre los Niveles Tróficos: La transferencia de energía entre los niveles tróficos es usualmente poco eficiente. Nivel trófico: posición que ocupa un organismo en la cadena de alimento en un ecosistema.

52 Tet.jnlive.mobi Flujo de Energía

53 Transferencia de Energía Entre los Niveles Tróficos: Como resultado, se va perdiendo energía a la vez que esta fluye a través de los diferentes niveles tróficos en un ecosistema.

54 Terrario Conteste asumiendo que su terrrarium nunca se abriera. Cuál sería la fuente de CO2 en su terrario? Cuál sería la fuente de O2 en su terrario?

55 Terrario Ilustre en su terrario la integración de los procesos de fotosíntesis y respiración celular:

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57 Reciclaje de la Materia en los Ecosistemas: La segunda vertiente clave en el funcionamiento de los ecosistemas es el reciclaje de materia o elementos químicos.

58 Cómo se Mueve la Materia en los Ecosistemas? Los elementos químicos (i.e. carbono, fósforo y nitrógeno) se mueven de forma cíclica entre los componentes bióticos y abióticos de un ecosistema. En los ecosistemas se puede aplicar la Ley de Conservación de Masa, que postula: La materia no se crea ni se destruye, solo se transforma

59 Pasos del Reciclaje de la Materia en los Ecosistemas: 1- Los organismos fotosintéticos asimilan los elementos en forma inorgánica (i.e. nitratos, fosfatos) del suelo, aire y agua. 2-Procesos metabólicos transforman los elementos inorgánicos en compuestos orgánicos formando las diferentes estructuras de la planta (i.e hojas, tallos, frutos y semillas).

60 Pasos en el Reciclaje de la Materia: 3-Parte de estas estructuras son consumidas por animales herbívoros integrando esta materia orgánica en su cuerpo. 4-Otros animales se alimentan de los herbívoros. 5-Los desechos orgánicos de los animales son convertidos a materia inorgánica vía el proceso de descomposición bacterias y hongos). 6-Los elementos son devueltos en forma inorgánica al aire, suelo y agua para ser reutilizados por los autótrofos.

61 Niveles Tróficos

62 Terrario De ejemplos de compuestos orgánicos en su terrario De ejemplos de compuestos inorgánicos en su terrario

63 Terrario De ejemplos de compuestos orgánicos en su terrario:

64 Membrana plasmática de una célula eucariótica. Fibers of extracellular matrix (ECM) Glycoprotein Carbohydrate Glycolipid EXTRACELLULAR SIDE OF MEMBRANE Cholesterol Microfilaments of cytoskeleton Peripheral proteins Integral protein CYTOPLASMIC SIDE OF MEMBRANE

65 Terrario De ejemplos de compuestos inorgánicos en su terrario:

66 Diferencia entre Materia y Energía A diferencia de la materia, la energía no se recicla, por tanto se necesita una fuente de energía constante, en la mayoría de los casos, el sol. Por el otro lado, al reciclarse la materia, se mantiene constante. Fuera de meteoritos ocasionales, la materia que existe en nuestro planeta es prácticamente la misma desde su formación.

67 La Materia se Mueve en los Ecosistemas a través de Ciclos: La mayoría de los componentes químicos en un ser vivo están en un constante intercambio donde se asimilan nuevos nutrientes y se excretan una vez utilizados. Estos procesos pueden ser visualizados en ciclos. Ya que el reciclaje de los nutrientes envuelven componentes bióticos y abióticos, se les conoce como ciclos biogeoquímicos.

68 Ciclo del Agua Solar energy Transport over land Net movement of water vapor by wind Precipitation over ocean Evaporation from ocean Evapotranspiration from land Precipitation over land Runoff and groundwater Percolation through soil

69 Terrario Ilustre como ocurriría el ciclo del agua en su terrario.

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71 Ciclo de Carbono Ciclo del Carbono

72 Terrario Ilustre como ocurriría el ciclo del carbono en su terrario.

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74 Ciclo de Carbono Ciclo del Fósforo tutorvista.com

75 Terrario Ilustre como ocurriría el ciclo del fósforo en su terrario.

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77 tutorvista.com Ciclo de Carbono

78 Terrario Ilustre como ocurriría el ciclo del nitrógeno en su terrario.

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80 FOTOSINTESIS

81 Definición de Fotosíntesis: Proceso por el cual ciertos organismos transforman la energía solar en energía química y la almacenan en moléculas orgánicas.

82 Importancia de Fotosíntesis: Principal fuente energética del planeta. Directa o indirectamente, proporciona el alimento a la mayoría de los organismos. Es la fuente principal de oxígeno. Los organismos fotosintéticos Integran carbono de forma estructural, reduciendo el CO2 atmosférico (asociado a el calentamiento global).

83 FOTOSINTESIS: Ecuación que resume la fotosíntesis: 6 CO H 2 O + energía de luz C 6 H 12 O O H 2 O Ocurre solamente en estructuras especializadas dentro de las células. Este proceso incluye un número significativo de enzimas (catalizadores biológicos).

84 Fig El O2 producido proviene de la molécula de agua Reactants: 6 CO 2 12 H 2 O Products: C 6 H 12 O 6 6 H 2 O 6 O 2

85 DETALLES DE FOTOSINTESIS: La fotosíntesis es llevada a cabo por plantas, algas, algunos protistos y bacterias. A estos se les conoce como fotoautótrofos. Fotoautótrofos: organismos que usan la energía solar para producir moléculas orgánicas a partir de compuestos inorgánicos.

86 Organismos Fotosintéticos Plantas Protistos unicelulares 10 µm Bacterias púrpuras De azufre 1.5 µm Algas Cianobacteria 40 µm

87 En plantas, la fotosíntesis ocurre principalmente en las células de las hojas. Dentro de organelos especializados, llamados cloroplastos. Específicamente en unas estructuras en forma de sacos, llamadas tilacoides que contienen el pigmento clorofila. Los tilacoides se agrupan en estructuras llamadas granas. La fotosíntesis culmina en un medio fluido en el cloroplasto conocido como estroma.

88 Estructuras Asociadas a la Fotosíntesis Corte de hoja Vena Mesófilo Estoma CO 2 O 2 Cloroplasto Célula del mesófilo 5 µm Estroma Grana Membrana externa Espacio Intermembranoso Membrana interna 1 µm

89 Bio.miami.edu Fotosíntesis en los Cloroplastos

90 La luz solar como fuente de energía: La luz es un tipo de radiación electromagnética. Se compone de paquetes de energía llamados fotones. Los fotones tienen asociado una cantidad de energía. Esta energía corresponde a su longitud de onda.

91 La luz es una onda Longitud de onda (λ)= la distancia entre crestas. La longitud de onda determina la cantidad de energía. A menor λ, mayor energía.

92 Espectro Electromagnético: Nos muestra las diferentes radiaciones que recibe nuestro planeta. Las radiaciones con largo de onda corta son muy energéticas, pero dañinas para la mayoría de los seres vivos. Las radiaciones con largo de onda larga no tienen la suficiente energía para impulsar procesos biológicos. Las radiaciones intermedias tienen la energía ideal para procesos biológicos.

93 Espectro Electromagnético 10 5 nm 10 3 nm 1 nm 10 3 nm 10 6 nm 1 m (10 9 nm) 10 3 m Gamma rays X-rays UV Infrared Microwaves Radio waves Visible light nm Shorter wavelength Higher energy Longer wavelength Lower energy

94 Cuando llega luz solar a una hoja pueden ocurrir diferentes procesos: Se refleja (rebota). Se transmite (pasa a través). Se absorbe. La radiación que se absorbe es la que calienta al objeto o impulsa procesos biológicos como la fotosíntesis.

95 Los cloroplastos contienen varios tipos de pigmentos. Los pigmentos absorben radiaciones con diferentes largos de onda. Clorofila: pigmento que absorbe luz violeta y roja pero refleja la verde y amarilla. Otros pigmentos llamados accesorios absorben y reflejan otros largos de onda.

96 Cloroplasto Light Reflected light Chloroplast Absorbed light Granum Transmitted light

97 Pigmentos accesorios: Carotenoides: reflejan la luz amarilla, anaranjada y roja. Antocianinas: reflejan la luz roja y violeta Ficobilinas: reflejan la luz roja o azul-verde. Ficocianinas: reflejan la luz azul o violeta. Xantofilas: reflejan, la luz amarilla, azul y violeta.

98 Los pigmentos sirven de antena o receptores de energía: Al recibir la energía de luz sus electrones son excitados a un mayor nivel de energía. Desencadenando una serie de reacciones cruciales para el proceso de fotosíntesis.

99 Capas o Niveles de Electrones Un electrón se puede mover de un nivel a otro. Sí absorbe energía sube a un nivel mas alto. Si pierde energía baja de nivel. Las flechas indican algunos de los cambios en la energía potencial que son posibles.

100 La fotosíntesis envuelve dos tipos de reacciones que se acoplan: Reacciones dependientes de luz. Reacciones de fijación de carbono o ciclo de Calvin- Benson o Ciclo C3.

101 Reacciones Dependientes de Luz: Ocurren en los tilacoides de los cloroplastos. En estas reacciones, la clorofila y otros pigmentos capturan energía solar. Convierten parte de esta energía solar en energía química almacenada en moléculas portadoras de energía: trifosfato de adenosina (ATP y NADPH). Se libera O2 a partir de H2O.

102 Reacciones de Fijación de Carbono (Ciclo de Calvin-Benson o Ciclo C3): Ocurren en el estroma de los cloroplastos. Las enzimas del estroma utilizan la energía de los portadores (ATP y NADPH) producidas en las RDL. Esa energía se utiliza para sintetizar glucosa a partir de CO2.

103 Reacciones Durante Fotosíntesis Light reactions H 2 O Calvin cycle CO 2 Light NADP + ADP + P i Photosystem II Electron transport chain Photosystem I ATP NADPH RuBP 3-Phosphoglycerate G3P Starch (storage) Chloroplast Amino acids Fatty acids O 2 Sucrose (export)

104 Detalles de las reacciones dependiente de luz: Las membranas tilacoideas contienen sistemas altamente organizados de proteínas, clorofila, pigmentos accesorios y moléculas portadoras de electrones. A estos sistemas se les conoce como fotosistemas.

105 Existen dos tipos de fotosistemas: Fotosistema I y Fotosistema II. Cada fotosistema consiste de: Un complejo recolector de luz con pigmentos. Un centro de reacción con moléculas especiales de clorofila y otra molécula aceptadora de electrones. Un sistema de transporte de electrones.

106 LE Thylakoid membrane Thylakoid Photon Photosystem STROMA Light-harvesting complexes Reaction center Primary electron acceptor e Transfer of energy Special chlorophyll a molecules Pigment molecules THYLAKOID SPACE (INTERIOR OF THYLAKOID)

107 LE 10-13_1 Energy of electrons H 2 O CO 2 Light LIGHT REACTIONS NADP + ADP ATP CALVIN CYCLE NADPH O 2 [CH 2 O] (sugar) Primary acceptor e Light P680 Photosystem II (PS II)

108 LE 10-13_2 Energy of electrons H 2 O CO 2 Light LIGHT REACTIONS NADP + ADP ATP CALVIN CYCLE NADPH O 2 [CH 2 O] (sugar) Primary acceptor H 2 O 2 H /2 O 2 e e e Light P680 Photosystem II (PS II)

109 LE 10-13_3 Energy of electrons H 2 O CO 2 Light LIGHT REACTIONS NADP + ADP ATP CALVIN CYCLE NADPH O 2 [CH 2 O] (sugar) H 2 O 2 H + + e e Primary acceptor e Pq Cytochrome complex 1 /2 O 2 Pc Light P680 ATP Photosystem II (PS II)

110 LE 10-13_4 Energy of electrons H 2 O CO 2 Light LIGHT REACTIONS NADP + ADP ATP CALVIN CYCLE NADPH O 2 [CH 2 O] (sugar) H 2 O 2 H + + Primary acceptor e Pq Cytochrome complex Primary acceptor e 1 /2 O 2 Pc Light e e P680 P700 Light ATP Photosystem II (PS II) Photosystem I (PS I)

111 Energy of electrons LE 10-13_5 H 2 O CO 2 Light LIGHT REACTIONS NADP + ADP ATP CALVIN CYCLE NADPH O 2 [CH 2 O] (sugar) 1 /2 H 2 O 2 H + + O 2 e e Light Primary acceptor e P680 Pq Cytochrome complex Pc Primary acceptor e P700 Fd e e NADP + reductase Light NADP H + NADPH + H + ATP Photosystem II (PS II) Photosystem I (PS I)

112 Productos de Reacciones de Luz Los productos de las reacciones dependientes de luz son: ATP, NADPH y O2.

113 Reacciones de Fijación de Carbono o Ciclo de Calvin-Benson: Estas reacciones ocurren en la estroma del cloroplasto. Enzimas en el estroma catalizan estas reacciones utilizando la energía del ATP y NADPH provenientes de las RDL. Los productos de estas reacciones son glucosa, ADP y NADP+ (portadores descargados).

114 LE 10-5_1 H 2 O Light LIGHT REACTIONS Chloroplast

115 LE 10-5_2 H 2 O Light LIGHT REACTIONS ATP NADPH Chloroplast O 2

116 LE 10-5_3 H 2 O CO 2 Light LIGHT REACTIONS NADP + ADP P + i ATP NADPH CALVIN CYCLE Chloroplast O 2 [CH 2 O] (sugar)

117 LE H 2 O CO 2 Light LIGHT REACTIONS NADP + ADP ATP CALVIN CYCLE NADPH STROMA (Low H + concentration) Light O 2 [CH 2 O] (sugar) Cytochrome Photosystem II complex Light 2 H + Photosystem I Fd NADP + reductase NADP + + 2H + Pq Pc NADPH + H + H 2 O THYLAKOID SPACE (High H + concentration) 1 /2 O 2 +2 H + 2 H + To Calvin cycle STROMA (Low H + concentration) Thylakoid membrane ATP synthase ADP + P i H + ATP

118 El ciclo C3 se puede dividir en 3 fases: Fijación de carbono Reducción o Síntesis de G3P (Gliceraldehido 3-fosfato) Regeneración de RuBP (Bifosfato de ribulosa) Play

119 LE 10-18_1 Light H 2 O NADP + ADP CO 2 Input 3CO 2 (Entering one at a time) LIGHT REACTIONS CALVIN CYCLE ATP NADPH Phase 1: Carbon fixation Rubisco O 2 [CH 2 O] (sugar) 3 P P Short-lived intermediate 3 P P 6 P Ribulose bisphosphate (RuBP) 3-Phosphoglycerate 6 ATP 6 ADP CALVIN CYCLE

120 LE 10-18_2 Light H 2 O LIGHT REACTIONS NADP + ADP ATP NADPH CO 2 CALVIN CYCLE Input 3 (Entering one CO at a time) 2 Phase 1: Carbon fixation O 2 [CH 2 O] (sugar) Rubisco 3 P P Short-lived intermediate 3 P Ribulose bisphosphate (RuBP) P 6 P 3-Phosphoglycerate 6 ATP 6 ADP CALVIN CYCLE 6 P P 1,3-Bisphosphoglycerate 6 NADPH 6 NADP + 6 P i 6 P Glyceraldehyde-3-phosphate (G3P) Phase 2: Reduction 1 G3P (a sugar) Output P Glucose and other organic compounds

121 LE 10-18_3 Light H 2 O LIGHT REACTIONS NADP + ADP ATP NADPH CO 2 CALVIN CYCLE Input 3 (Entering one CO at a time) 2 Phase 1: Carbon fixation O 2 [CH 2 O] (sugar) Rubisco 3 P P Short-lived intermediate 3 P Ribulose bisphosphate (RuBP) P 6 P 3-Phosphoglycerate 6 ATP 6 ADP 3 ATP 3 ADP CALVIN CYCLE 6 P P 1,3-Bisphosphoglycerate Phase 3: Regeneration of the CO 2 acceptor (RuBP) 5 G3P P 6 P Glyceraldehyde-3-phosphate (G3P) 6 NADPH 6 NADP + 6 P i Phase 2: Reduction 1 G3P (a sugar) Output P Glucose and other organic compounds

122 La importancia de fotosíntesis: La energía que entra al cloroplasto como luz solar queda almacenada como energía química en compuestos orgánicos. El azúcar producido en los cloroplastos suple la energía química y los esqueletos de carbono para sintetizar las moléculas orgánicas de las células. En adición a la producción de alimento, la fotosíntesis produce el oxígeno en nuestra atmósfera.

123 LE Light reactions H 2 O Calvin cycle CO 2 Light NADP + ADP + P i Photosystem II Electron transport chain Photosystem I ATP NADPH RuBP 3-Phosphoglycerate G3P Starch (storage) Chloroplast Amino acids Fatty acids O 2 Sucrose (export)

124 Actividad Establecer como las plantas aminoran la cantidad de CO2 atmosférico vía el proceso de fotosíntesis.

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