Cómo Fabrican su Alimento las Plantas?

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1 2do Medio> Biología Fotosíntesis Fotosíntesis Cómo Fabrican su Alimento las Plantas? Martín estudiaba el proceso de fotosíntesis, por lo que diseñó el siguiente experimento: 1. Tomó tres tubos de ensayo, en cada uno depositó igual volumen de agua de mar. 2. En dos de los tubos colocó un alga marina del género Elodea sp. 3. Uno de los tubos que contenía Elodea sp. lo cubrió con un papel metálico que impide el paso de los rayos solares, mientras que el otro quedó descubierto. 4. El tercer tubo sin el alga en su interior sirvió de control. 5. Los tres tubos fueron tapados con una tapa que permitiera el intercambio de gases con el ambiente. 6. Estos tubos fueron observados dos veces al día por ocho días. Luego de los ocho días, Martín presentó el resumen de sus resultados: Tubo con Elodea sin cubrir. Elodea mantuvo sus colores y turgencia. El agua no presentó mayores cambios. Tubo con Elodea cubierto. Elodea murió al tercer día, desde ese momento comenzó a descomponerse y el agua comenzó a tornarse cada vez más turbia. Tubo sin Elodea. El agua no presentó mayores cambios. 1

2 Responde las preguntas de acuerdo a tus conocimientos: 1. A qué se debe que el tubo cubierto presentara la muerte de Elodea? 2. Qué elementos tenía el tubo sin cubrir que permitió el desarrollo de Elodea? 3. De dónde obtuvo la planta su alimento? Sabemos que el proceso estudiado fue la fotosíntesis Pero, Cómo ocurren estos procesos dentro de la célula vegetal? El objetivo de esta guía de aprendizaje es que conozcas y describas el proceso de fotosíntesis como el que permite a los organismos autótrofos producir hidratos de carbono para su nutrición. En esta guía de aprendizaje trataremos los siguientes temas: Fotosíntesis. Generalidades de la fotosíntesis. Para qué sirve? Dónde ocurre? Etapas de la fotosíntesis. Fase clara. Fase oscura. Fotosíntesis y respiración celular. Cómo se relacionan? 2

3 FOTOSÍNTESIS?... PARA QUÉ? Quizá te has preguntado qué es la fotosíntesis, o sencillamente qué sentido tiene estudiarla. La respuesta es bastante sencilla. Sin fotosíntesis la Tierra sería muy distinta a la que hoy conocemos y, probablemente la especie humana no existiría. Todos los seres vivos incorporamos a nuestro organismo diversas sustancias para desarrollar los procesos vitales (metabólicos) que sustentan la vida. La fotosíntesis es el proceso nutritivo que utilizan los organismos autótrofos, como plantas y algas para fabricar su propio alimento (hidratos de carbono) a partir de sustancias inorgánicas que incorporan del medio ambiente. Los hidratos de carbono formados gracias a la fotosíntesis, son equivalentes a los alimentos que los heterótrofos, como nosotros, consumimos a diario. Y son los responsables de otorgarnos energía a través de la respiración celular. DÓNDE OCURRE LA FOTOSÍNTESIS? La fotosíntesis ocurre en las hojas de las plantas, al interior del cloroplasto, un organelo especializado de la célula vegetal. El cloroplasto es un organelo de doble membrana, que en su interior posee unas estructuras, como sacos aplanados conocidos como tilacoides. El tilacoide y su membrana lipídica es el principal lugar en donde ocurre la fotosíntesis. Además, los tilacoides pueden agruparse de forma vertical formando granas para optimizar el trabajo generado por en donde ocurren las reacciones que dan lugar a la fotosíntesis. Observa la imagen (derecha) en ella puedes observar el tilacoide y su ubicación dentro de la célula vegetal. 3

4 EN QUÉ CONSISTE LA FOTOSÍNTESIS? La fotosíntesis consiste en un conjunto complejo de reacciones químicas que utiliza la energía lumínica captada por la clorofila presente en el cloroplasto, para que a partir de las moléculas de H 2 O y CO 2 la célula vegetal sintetice C 6 H 12 O 6 (glucosa) y O 2 (oxígeno). Observa el dibujo, en él se describe el proceso escrito en el párrafo anterior. CÓMO OCURRE LA FOTOSÍNTESIS? La fotosíntesis se desarrolla en dos etapas: La primera etapa se denomina dependiente de la luz (o fase clara), porque requiere de la energía solar para su inicio. La segunda etapa se conoce como fase independiente de la luz (o fase oscura), porque no necesita energía solar para que se desarrolle. Esto quiere decir que puede ocurrir en presenta o ausencia de la luz. ETAPA DEPENDIENTE DE LA LUZ O FOTOQUÍMICA. Esta etapa se lleva cabo en la membrana de los tilacoides de los cloroplastos. En ese lugar se encuentran ubicadas unas estructuras denominadas fotosistemas. En ellos se ubican las moléculas de clorofila agrupadas en el denominado complejo antena (antenas que captan luz). Este complejo antena, cuando hay luz, se absorbe parte de la energía lumínica correspondiente a los colores azules, violetas y rojos. Durante este proceso la molécula de agua (H 2 O) se rompe liberando: Oxígeno (O 2 ), hidrógenos (H+) y electrones (e-). La energía lumínica absorbida, los H+ y la e- son utilizados por un conjunto de estructuras presentes en los fotosistemas del tilacoides para formar ATP a partir de ADP y NADPH desde NADP +. Tanto el ATP como el NADPH son moléculas que transportan energía. En este proceso es cuando la energía lumínica pasa a ser energía química, puesto que la energía lumínica absorbida se almacena en los enlaces de las moléculas de ATP y NADPH sintetizadas. 4

5 ETAPA INDEPENDIENTE DE LA LUZ O QUIMIOSINTÉTICA: Las moléculas de ATP y NADPH sintetizadas en la fase fotoquímica en el tilacoide se desplazan hacia otra zona del cloroplasto, el estroma. En este lugar se realiza el Ciclo de Calvin, el proceso en el cual los átomos de carbono (C) de las moléculas de CO 2 absorbidas por la planta se fijan y pasan a ser parte de la molécula orgánica glucosa. En el estroma la energía almacenada en el ATP y NADPH se libera para ser almacenada en los enlaces de las moléculas de glucosa u otros glúcidos, es por esto que el ATP se transforma en ADP y el NADPH a NADP +, tanto el ADP y el NADP+ son nuevamente utilizados en el tilacoide en la etapa fotoquímica. Es necesario que se lleven a cabo seis vueltas del ciclo de Calvin para sintetizar una molécula de glucosa. Por cada ciclo de Calvin se fija un átomo de carbono y se necesitan seis de ellos para formar una molécula de glucosa LAS PLANTAS TAMBIÉN RESPIRAN! Hasta ahora hemos estudiado cómo es que la célula vegetal produce moléculas de glucosa con un alto nivel energético para la el metabolismo de un vegetal. Sin embargo, Este proceso no basta! Ya que es necesario que ocurra otro fenómeno para que la célula pueda utilizar la energía contenida en la glucosa. Ni las células vegetales, ni las células animales son capaces de utilizar directamente la energía de la glucosa. Es necesario que la glucosapase a ser parte de otro proceso denominado respiración celularque se produce en las mitocondrias. La fotosíntesis logra captar y transformar la energía lumínica para almacenarla en la glucosa, luego en las células eucariontes vegetales y animales, esta molécula libera su energía al romper los enlaces de carbono que la forman en el citoplasma y en las mitocondrias. Esta energía liberada se almacena en las moléculas de ATP que se forman a partir del ADP. Estas moléculas de ATP formadas sedirigen hacia cada uno de los lugares en donde la célula requiere de energía para llevar a cabo sus funciones. Es el ATP la molécula que almacena la energía que será utilizada directamente por la célula. 5

6 RESUMIENDO Observa el organizador gráfico que te presentamos, en él se resumen las principales ideas de esta guía. FOTOSÍNTESIS. (cloroplasto) Energía lumínica. FASE DEPENDIENTE DE LA LUZ. H 2 O O 2 NADPH Y ATP FASE INDEPENDIENTE DE LA LUZ. CO 2 C 6 H H 2 O RESPIRACIÓN CELULAR. (mitocondria) CO 2 ATP 6

7 EJERCITA TUS CONOCIMIENTOS! 1. Por qué los seres humanos no podemos fabricar nuestro propio alimento? 2. Bastaría sólo con la fotosíntesis para que una planta pueda sobrevivir?, Por qué? 3. Cuál es el objetivo de la fase clara y de la fase oscura? 4. Es necesario que la fase oscura ocurra de noche?, Por qué?. 7

8 5. Qué eventos ocurren durante la fase clara de la luz? a) I y II b) II y III c) I y III d) I, II y III I. Absorción de energía solar. II. Liberación de O 2. III. Producción de ATP 6. Cuál de los siguientes eventos ocurren durante la fase independiente de la luz? a) Rompimiento de la molécula de agua. b) Absorción de la energía lumínica. c) Formación de Glucosa. d) Formación de NAPH. e) Liberación de oxígeno. 7. Qué elementos son necesarios para que se produzca la fijación del carbono? a) sólo II b) Iy II c) II y III d) I y III I. ATP II. NADPH III. O 2 8

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