Guía de Biología: Fotosíntesis Fecha I.ANTECEDENTES GENERALES UNIDAD Nº: 4 Nombre Unidad: ECOLOGÍA CONTENIDOS NOTA II. ANTECEDENTES ALUMNO NOMBRE

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1 Guía de Biología: Fotosíntesis Fecha I.ANTECEDENTES GENERALES UNIDAD Nº: 4 Nombre Unidad: ECOLOGÍA CONTENIDOS Fotosíntesis, Organismos autótrofos. FECHA DE ENTREGA: PUNTAJE TOTAL PUNTAJE OBTENIDO: NOTA II. ANTECEDENTES ALUMNO NOMBRE CURSO Primero Medio Instrucciones: -Luego de leer el contenido de ésta guía realiza las actividades propuestas. -Responde en forma individual o grupal, con un máximo de 3 integrantes. -Las preguntas formuladas en esta guía y sus correspondientes respuestas deben transcribirse a una hoja en formato Word o similar, colocando además en ésta, su nombre completo y curso. -Enviar al mail que le indicó su profesor, para su corrección y registro, dentro del plazo indicado. -Al mail que usted indique se le enviará corrección. FOTOSÍNTESIS La naturaleza está conformada por elementos vivos y elementos no vivos o inertes. Los elementos vivos se denominan factores bióticos: animales, vegetales, bacterias y hongos. Los elementos no vivos o inertes se llaman factores abióticos: aire, suelo, agua y todas las condiciones del clima y de la luz. De todos los seres vivos, los fundamentales y que representan la fuente de materia y energía son los vegetales clorofilados (tienen clorofila), ya que ellos son los únicos capaces de fabricar su propio alimento. A través de un proceso llamado fotosíntesis que utiliza el dióxido de Carbono atmosférico (elemento inerte o abiótico) como una de sus principales materia primas. Al tener esta capacidad, a los vegetales se les denomina autótrofos; es decir, organismos capaces de fabricar su propio alimento. La fotosíntesis es, entonces, un proceso en virtud del cual los organismos con clorofila, como las plantas verdes, las algas y algunas bacterias, capturan energía del sol en forma de luz y la transforman en energía química para fabricar moléculas orgánicas (proceso anabólico). Prácticamente toda la energía que consume la vida de la biósfera terrestre la zona del planeta en la cual hay vida procede de la fotosíntesis. La fotosíntesis se inicia en la clorofila (pigmento verde); luego deben concurrir las consideradas materias primas: el agua (H 2 O) (llevada a las hojas desde la raíz), y el anhídrido carbónico o dióxido de carbono (CO 2 ), aportado en abundancia en la atmósfera terrestre. Por ejemplo, un árbol centenario puede llegar a tener hojas y aunque su contenido total de clorofila no llegue a los 200 gramos, en un día soleado es capaz de asimilar litros de dióxido de carbono, producir 12 Kg de hidratos de carbono y liberar la misma cantidad de oxígeno que el dióxido de carbono asimilado. Expuesta al sol, la hoja con clorofila capta de éste su luz en forma de energía lumínica, la cual provoca la reacción de las moléculas de agua (H 2 O) separándolas en hidrógeno (H + o ion hidrógeno) y oxígeno (O) y acumulando como moléculas ATP la energía liberada (en forma de electrones). El hidrógeno (ión hidrógeno o protones de hidrógeno ya que han perdido su electrón) del agua es almacenado en la planta y el oxígeno (producto de la separación de las moléculas de agua) es expulsado al exterior como material de desecho de la fotosíntesis (desecho muy bienvenido por los seres vivos que lo usan para respirar). Las materias primas para producir glucosa. Luego, el ión hidrógeno se unirá al CO 2 que la planta toma del aire (atmósfera) y comienza a ocurrir una serie de reacciones químicas, en las cuales se van formando compuestos hasta llegar a formar la glucosa que es un compuesto orgánico; es decir, está formado por C, H, O. La glucosa se forma gracias a la energía que aporta la molécula de ATP. Junto con la glucosa la reacción entre el dióxido de carbono y los iones hidrógeno libera moléculas de nueva agua que se forman

2 con hidrógenos sobrantes del agua aportada desde las raíces unidos a oxígenos sobrantes del CO 2.Ya presente la glucosa, ésta participa en una serie de reacciones que llevan a la formación del almidón. Este también es un compuesto orgánico. El almidón baja por unos conductos especiales hacia la raíz, donde se almacena. Es muy importante no confundir el proceso de fotosíntesis de la planta con la respiración de la misma. En este último proceso, la planta realiza una acción inversa, ya que toma oxígeno del aire y expulsa dióxido de carbono,en las mitocondrias, todo esto en forma simultánea con la fotosíntesis durante el día. En la noche, la planta sólo respira.la fotosíntesis es un proceso cuya finalidad fue ya intuida por Van Helmont a principios del siglo XVII. Sin embargo, la comprensión de su base molecular, imprescindible para poder ser imitada artificialmente con el fin de obtener energía, sólo empezó a lograrse durante la segunda mitad del siglo XX. Los libros de Ciencias Naturales generalmente definen la fotosíntesis como la producción de glucosa a partir de dióxido de carbono atmosférico (CO 2 ) y agua, gracias a la luz solar, según la reacción global: Sin embargo, esto no es más que una simplificación de un proceso muy complejo, en el cuál la etapa clave es la rotura de una molécula de agua por la luz solar, liberándose oxígeno gaseoso, y obteniéndose iones hidrógeno y electrones. Estos últimos servirán para reducir el CO 2 (ganando electrones) hasta glucosa en las etapas siguientes de la fotosíntesis: La reacción química de la fotosíntesis es la siguiente: Como podemos ver en la fórmula, seis moléculas de dióxido de carbono más doce moléculas de agua, en presencia de luz solar y de clorofila, producen una molécula de glucosa, seis moléculas de agua y seis moléculas de oxígeno, este último liberado hacia la atmósfera. Las hojas captan la energía lumínica del sol gracias a la clorofila, pigmento verde que está en los tilacoides de los cloroplastos de las células. El dióxido de carbono de la atmósfera penetra por los estomas (poros) de las hojas. Las raíces absorben agua y sales minerales (savia bruta) que llegan a las hojas a través del tallo. El hidrógeno del agua (separado del oxígeno) se combina con el dióxido de carbono y originan glucosa y nuevas moléculas de agua, en tanto el oxígeno derivado del agua que llegó desde las raíces se libera hacia la atmósfera. Las plantas aprovechan la glucosa como alimento y guardan una parte como reserva ( almidón) Desde las raíces hasta las hojas. La fotosíntesis consta de dos etapas o fases: la fase inicial o lumínica, y la fase secundaria u oscura. Fase inicial o lumínica.en ella participa la luz solar. La clorofila,en la membrana de los tilakoides, capta la energía solar (luz). La luz provoca la ruptura de la molécula de agua; es decir, se rompe el enlace químico que une el hidrógeno con el oxígeno. Debido a esto, se libera oxígeno hacia el medio ambiente. La energía no ocupada se almacena en una molécula especial llamada ATP. El hidrógeno que se produce al romperse la molécula de agua se guarda, al igual que el ATP, para ser ocupado en la segunda etapa de la fotosíntesis.

3 Fase secundaria u oscura. En esta etapa no se ocupa la luz, a pesar de estar presente. Ocurre en el estroma de los cloroplastos. El hidrógeno y el ATP, formados en la etapa lumínica, se unen con el CO 2 (dióxido de carbono o anhídrido carbónico) y comienza a ocurrir una serie de reacciones químicas anabólicas, por las cuales se van formando compuestos hasta llegar a glucosa que es un compuesto orgánico; es decir, está formado por C, H, O. La glucosa se forma gracias a la energía que aporta la molécula de ATP. Ya presente la glucosa, ésta participa en una serie de otras reacciones, que llevan a la formación del almidón. Este también es un compuesto orgánico de reserva. Factores que afectan la tasa de Fotosíntesis. A. Intensidad Luminosa. La tasa fotosintética aumenta al aumentar la intensidad lumínica (hasta 600 Watts) sobre este valor, inicialmente se mantiene constante, y luego desciende. B. Temperatura. El proceso es eficiente entre los 10 oc y 35 oc. C. Concentración de CO2. Es el sustrato inorgánico más importante de la fotosíntesis, ya que es la fuente de carbono para la síntesis de moléculas orgánicas. D. Agua. Esta materia prima es importante ya que no sólo aporta electrones y protones sino también, porque participa en todas las reacciones químicas de este proceso. E. Sales minerales. Son necesarias para la síntesis de moléculas orgánicas como la clorofila y para algunos cofactores enzimáticos. I.L.A.: Intensidad lumínica alta I.L.B.: Intensidad lumínica baja Importancia biológica de la fotosíntesis La fotosíntesis es seguramente el proceso bioquímico más importante de la biósfera por varios motivos: 1. La síntesis de materia orgánica a partir de la materia inorgánica se realiza fundamentalmente mediante la fotosíntesis; luego irá pasando de unos seres vivos a otros mediante las cadenas tróficas, para ser transformada en materia propia por los diferentes seres vivos. 2. Produce la transformación de la energía luminosa en energía química, necesaria y utilizada por los seres vivos 3. En la fotosíntesis se libera oxígeno, que será utilizado en la respiración aerobia como oxidante. 4. La fotosíntesis fue causante del cambio producido en la atmósfera primitiva, que era anaerobia y reductora. 5. De la fotosíntesis depende también la energía almacenada en combustibles fósiles como carbón, petróleo y gas natural. 6. El equilibrio necesario entre seres autótrofos y heterótrofos no sería posible sin la fotosíntesis. Se puede concluir que la diversidad de la vida existente en la Tierra depende principalmente de la fotosíntesis. ACTIVIDADES: 1.-Describe cuales son las características de los organismos autótrofos y su importancia para el planeta. 2.-Resume en cuatro pasos la fotosíntesis. 3.-Compara en una tabla la fase lumínica de la oscura. 4.-Si experimentalmente una planta se somete a las siguientes situaciones, que ocurre y porque? :

4 a) tº de 40 ºC b) luz débil c) deshidratación 5.-Describe tres consecuencias que traería la desaparición de las plantas. 7.- Cuál es la importancia de la fotosíntesis? 8.- Define los siguientes conceptos a) Autótrofos b) Heterótrofos c) Reactante d) Producto e) Fotosíntesis f) Respiración celular g) Anabolismo h) Catabolismo i) Glucosa j) Almidón k) Oxigeno l) Dióxido de carbono m) ATP n) Productores o) Consumidores p) Descomponedores q) Herbívoro r) Carnívoro s) Omnívoro t) Cadena alimentaria u) Trama alimentaria 8.- En relación a la fotosíntesis responde las siguientes preguntas a) Menciona los reactantes y los productos b) Explica las fases en que ocurre la fotosíntesis indicando producto en cada una de ellas c) Realiza un paralelo de 5 puntos entre fotosíntesis y respiración celular d) Nombra y explica los factores que inciden en el proceso de fotosíntesis e) Establece la estructura y función de: clorofila, tilacoide, grana y cloroplasto f) Explica la importancia de la fotosíntesis en un ecosistema? MATERIAL COMPLEMETARIO DE PROFUNDACIÓN DE CONTENIDOS Fase Luminosa Para entender las reacciones de la fase luminosa debemos primero analizar la estructura de la membrana tilacoidal, que contiene a las siguientes estructuras: Clorofila Es un pigmento, de color verde, que está en la membrana tilacoidal, y que atrapa la luz solar y sólo refleja la parte verde del espectro. Hay dos tipos principales: clorofila a y b. La clorofila consta de un anillo porfirínico (como el grupo hemo) con un magnesio central (Mg), y una cola de fitol. Fotosistemas

5 Son los complejos de pigmentos que atrapan la luz solar. Constan de muchas moléculas de pigmentos diferentes. En las plantas superiores (que son a las que nos solemos referir) el predominante es la clorofila, en dos versiones (a y b), pero también contienen otros tipos de clorofila y carotenos, que están dispuestos de tal manera que entreguen la energía que absorben de la luz a una clorofila especial, llamada centro de reacción. Hay dos fotosistemas diferentes, un tanto adaptados a su función y diferenciados por su centro de reacción: el FS1 y el FS2. Fotosistema 1: Su centro de reacción es una clorofila llamada P700, por responder mejor a la longitud de onda de 700nm. Es el segundo fotosistema del grupo. Entrega sus electrones a un aceptor llamado ferrodoxina, y recibe electrones provenientes del Fotosistema 2. Fotosistema 2: Su centro de reacción es una clorofila llamada P680, por responder mejor a esa longitud de onda. Es el primer fotosistema del grupo. Entrega sus electrones excitados al aceptor primario plastoquinona, y recupera sus electrones quitándoselos al agua, produciendo hidrogeniones y oxígeno molecular, que sale a la atmósfera. Transportadores de electrones Después de los fotosistemas hay moléculas que aprovechan la energía de los electrones para bombear protones al espacio tilacoidal, formando un gradiente de protones que sirve para fabricar ATP. Después del FS2 vienen los siguientes transportadores de electrones: plastoquinona, una serie de citocromos y la plastocianina. Después del FS1 vienen los siguientes transportadores: Ferrodoxina y flavín adenin dinucleótido, que traspasa los electrones a las moléculas de NADP+, que los toman junto con un hidrógeno para formar NADPH. ATP Sintetasa En la membrana tilacoidal también encontramos ATP Sintetasas, que aprovechan el gradiente de protones que forman los transportadores para fosforilar ADP en ATP, produciendo energía para las reacciones de la Fase Oscura. FASE LUMINOSA Dentro de esta etapa podemos distinguir tres eventos importantes: Síntesis de ATP por fotofosforilación Síntesis de NADPH Fotólisis del agua Vamos a recorrer la ruta de los electrones explicando esta fase: - Todo empieza en el FS2, que es excitado por los fotones de la luz, excitando sus electrones, los que saltan al aceptor primario plastoquinona. - De la plastoquinona saltan a los citocromos, y después a la plastocianina.

6 - La energía de los saltos se ocupa para formar el gradiente de protones que fabricará ATP. - El FS2 queda con déficit de electrones, los que recupera partiendo la molécula de agua y quitándole 2 electrones por molécula. Mientras pasa esto, en el FS1 también los fotones excitan electrones, los que pasan al aceptor primario ferrodoxina. - Como el FS1 se quedó con déficit de electrones, toma los que llegan a la plastocianina desde el FS2. - De la ferrodoxina, los electrones saltan a una molécula de FAD, que los traspasa a los NADP+, formando NADPH, el que se ocupa en la Fase Oscura. - La ATP Sintetasa aprovecha la energía almacenada en el gradiente de protones para producir ATP. - Este proceso se llama Transporte no cíclico de electrones, puesto que los electrones pasan del agua a las moléculas de NADPH. Otra manera en la que puede producir ATP es el Transporte cíclico de electrones, en donde se ocupa sólo el FS1 para producir la gradiente de protones, para fosforilar ATP. - Cuando hay mucho NADPH, el aceptor ferrodoxina, en vez de entregar los electrones al FAD, los entrega a los citocromos de la cadena transportadora de electrones anterior, los que luego pasan a la plastocianina y de nuevo al FS1. - Como los electrones salen y llegan al mismo lugar, se le llama transporte cíclico. Genera ATP, no NADPH, y sirve para equilibrar las cantidades de NADPH y ATP que se producen. FASE OSCURA Aquí se aprovecha la energía guardada en el ATP y en el NADPH para producir compuestos orgánicos a partir del CO2. Está dividida en 2 procesos Ciclo de Calvin Producción de materia orgánica Ciclo de Calvin El Ciclo de Calvin es una serie de reacciones que transforman el CO2 en una molécula orgánica llamada gliceraldehido fosfato, o PGAL, que después pasará a la síntesis de compuestos orgánicos. El Ciclo de Calvin se puede dividir en tres fases Carboxilativa: El CO2 se fija a una molécula de 5 carbonos llamada ribulosa 1,5 difosfato (RuDP), formando un intermediario inestable, que da paso a dos moléculas de ácido 3 fosfoglicérico, o PGA. Reductiva: El PGA es reducido, en dos pasos, a gliceraldehido 3 fosfato, que va saliendo del ciclo más o menos en razón de 1 molécula de cada 6 producidas. Regenerativa: Las moléculas de PGAL restantes pasan por una serie de procesos para volver a formar la RuDP. La primera fase, carboxilativa, es catalizada por la proteína que se considera que es la más abundante en la Tierra: la enzima RuBisCO. La RuBisCO está formada por 8 subunidades pequeñas (que son producidas por el ADN celular) y 8 grandes (que son producidas por el ADN del cloroplasto). Además tiene doble funcionalidad: puede integrar CO2 al Ciclo u O2, dependiendo de sus concentraciones. Cuando integra O2, se llama fotorrespiración (que no debe confundirse con la respiración de las mitocondrias), y no tiene función conocida, salvo perder gran parte de la RuDP, puesto que al oxidarla no se obtiene ATP ni NADPH ni ninguna molécula energética. Producción de materia orgánica

7 Las moléculas de gliceraldehido fosfato que van saliendo del Ciclo de Calvin toman diversas rutas metabólicas que las llevarán a convertirse en aminoácidos, lípidos, carbohidratos o ácidos nucleicos. Una molécula de gliceraldehido fosfato tiene 3 carbonos, por lo que se necesitan 2 de estas para hacer una glucosa. Como para sacar un gliceraldehido del ciclo se necesitan 6 vueltas de éste, para obtener una glucosa necesitamos 12 vueltas del ciclo.

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