COLEGIO SANTO DOMINGO Profesor(a): Marlene Bocaz B. DPTO. DE CIENCIAS GUIA DE APOYO: FOTOSÍNTESIS Se define como metabolismo al conjunto de reacciones bioquímicas que permiten a la célula vivir. Existen dos grupos de reacciones pertenecientes al metabolismo celular: - Catabolismo: Corresponde a la degradación de grandes moléculas hasta sus constituyentes básicos, son ejemplos glucólisis, lipólisis, proteolísis, fermentaciones lácticas y alcohólicas. - Anabolismo: Corresponde a la síntesis de biomoléculas desde moléculas monoméricas a complejas estructuras orgánicas,son ejemplos: replicación o duplicación de ADN, síntesis de ARN, síntesis de proteínas, síntesis de carbohidratos, síntesis de lípidos, fotosíntesis. Así, las reacciones para obtener energía celular en forma de ATP son consideradas catabólicas, pues degradan glucosa, ácidos grasos o aminoácidos (moléculas grandes) para convertirlas en ATP (una molécula relativamente pequeña y simple). El otro conjunto de reacciones que conforman el metabolismo son las reacciones de biosíntesis o anabólicas, en las cuales se forman moléculas complejas (DNA, RNAs, Polisacáridos, Polipéptidos, etc) a partir de moléculas simples, con gasto de ATP. Aunque anabolismo y catabolismo son dos procesos contrarios, los dos funcionan coordinada y armónicamente, y constituyen una unidad difícil de separar. En la figura 1 se muestra el metabolismo :el cloroplasto representa el anabolismo cuyos productos formados lo utilizará la mitocondria realizando procesos catabólicos liberando CO2 y O2 al ambiente, producto que lo va a reutilizar el cloroplasto, organelo presente en todas las plantas verdes, así se continua el ciclo. Hay que destacar la formación de la molécula energética ATP, al mismo tiempo que se va produciendo ATP se van produciendo nuevamente biomoléculas complejas. El catabolismo y anabolismo actúan siempre de manera coordinada, para que no sobre y falte ATP.
En la figura 2, se representa CICLO DE LA MATERIA Y FLUJO DE LA ENERGÍA EN LA BIÓSFERA entre los organismos autótrofos fotosintetizadores y los organismos heterótrofos, el producto del primero será los reactantes para el segundo. Todos los organismos llevan a cabo reacciones anabólicas, sin embargo solo algunos tipos pueden sintetizar moléculas como glúcidos, aminoácidos y ácidos grasos a partir de elementos simples. Estos organismos son llamados productores, puesto que ellos proveen de estos nutrientes a todo el resto de los seres vivos, estos son: Las cianobacterias Las células vegetales y Algunos protozoos A continuación se analizará el proceso de la Fotosíntesis, las etapas y los factores que la afectan y su importancia para la vida del planeta incluyen a los seres humanos. FOTOSÍNTESIS UN PROCESO ANAERÓBICO El proceso mediante el cual se puede convertir la luz (energía lumínica) en energía química (sacáridos, proteínas y ácidos grasos) es llamado fotosíntesis, y se lleva a cabo en unos organelos especializados presente en las células eucariotas vegetales llamados cloroplastos. En las cianobacterias se realiza en su membrana plasmática.
Los cloroplastos Los cloroplastos son organelos de doble membrana presente solo en las células vegetales. Se cree que se originaron de la misma manera que las mitocondrias: por endosimbiosis serial de una cianobacteria primitiva. Las estructuras que posee son: - Membrana externa: Posee transportadores específicos. - Membrana interna: Esta ligada a los transportadores que posee la membrana externa - Espacio intermembrana: Es muy pequeño. Alberga algunas enzimas para extraer productos ya sintetizados. - Membrana tilacoidal: Es la membrana del tilacoide. En ella se encuentra la cadena transportadora de electrones y las clorofilas. - Estroma: Fluido interno entre la membrana tilacoidal y la membrana interna. - Tilacoide: Estructura similar a una moneda donde ocurre la fotosíntesis dependiente de la luz. - Grana: Estructura como monedas apiladas (tilacoides apilados). - Ribosomas - DNA circular - Gotitas de productos: Lípidos y almidón en general. Luego estos productos son transportados a otros plástidos específicos (como los oleoplastos y leucoplastos respectivamente).
Cloroplasto. (1) Membrana externa, (2) Espacio intermembrana, (3) Membrana interna, (4) Estroma, (5) Tilacoide, (6) Membrana tilacoidal, (7) Grana, (8) Tilacoide, (9) Granulo de almidón, (10) Ribosomas, (11) DNA plastídeo, (12) Gotita de lípido. Generalidades de la Fotosíntesis La fotosíntesis se define como la síntesis de carbohidratos, lípidos y proteínas utilizando CO2, Luz y ATP para ello. Se considera dentro de las reacciones anabólicas y solo la pueden realizar las cianobacterias, las plantas y algunos protistas. Gracias a esa característica se les considera organismos autótrofos (capaces de generar su propio alimento) y organismos productores (la base de la pirámide de energía, desde la cual los organismos heterótrofos obtienen los nutrientes que ellos sintetizan). Para lograr comprender el proceso de la fotosíntesis, debemos hacer un pequeño recuerdo de las propiedades físicas de la luz, para luego comentar las características de una molécula muy especial: La clorofila. La clorofila La clorofila es un pigmento verduzco que se encuentra en todos los organismos fotosintetizadores, debido a que su presencia es fundamental para realizar dicho proceso. Químicamente es una proteína portadora de un anillo de porfirina con un átomo de magnesio en el centro, el cual es capaz de desprender electrones cuando eleva su nivel de energía. Este pigmento es el encargado de captar los fotones provenientes de la luz y elevar el nivel de energía de los electrones del magnesio, desprendiéndolos e iniciando el proceso de la cadena transportadora de electrones. La clorofila responde muy eficientemente a las longitudes de onda cercanas al azul y al rojo, pero a las intermedias como el verde no, por lo que refleja esa longitud. Existen diferentes clases de clorofila, dependiendo de su estructura química: - Clorofila a: Presente en casi todas las plantas en sus fotosistemas. - Clorofila b: Presente en plantas, algas multicelulares y cianobacterias. - Clorofila c y d: Presente en fotosintetizadores protistas. La fotosíntesis dependiente de la luz
La fotosíntesis está dividida en dos procesos diferentes, uno dependiente de la luz y otro independiente de la luz (ciclo de Calvin), ambas fases pueden estar ocurriendo al mismo tiempo. Los objetivos de la fotosíntesis dependiente de la luz son generar ATP y NADPH, los cuales serán utilizados en la fase independiente de la luz de la fotosíntesis y como producto de desecho se produce O2. En resumen, la fotosíntesis dependiente de la luz prepara los componentes necesarios para que la fotosíntesis independiente de la luz ocurra. Fotosíntesis independiente de la luz: Ciclo de Calvin La fotosíntesis independiente de la luz es el momento clave del metabolismo anabólico, debido a que desde aquí se forman los precursores de las moléculas orgánicas. A diferencia de la fotosíntesis dependiente de la luz, la fotosíntesis independiente de la luz se define como un ciclo especial y breve, llamado el ciclo de fijación del Carbono o Ciclo de Calvin. En el esquema siguiente se resume los elementos que se requiere para la fase independiente de luz en la fotosíntesis, una vez formada la glucosa, esta se polimeriza formando el almidón.
Los factores que influyen en la Fotosíntesis son : a) Temperatura b) Intensidad y Longitud de onda de la luz c) Concentración de CO2 d) Concentración de O2 Para medir el rendimiento fotosintético se puede medir de varias formas: - Producción de CO2, - Producción de O2 - Producción de azúcar por la planta a- Temperatura: Experimentos han demostrado en diferentes plantas que estas aumentas su tasa fotosintética a medida que se incrementan la temperatura, sin embargo existe una temperatura límite sobre la cual la tasa fotosintética empieza a decrecer progresivamente. Lo que se ve reflejado en el siguiente gráfico. En el gráfico se muestra el rendimiento fotosintético de tres tipos de plantas adaptadas a diferentes lugares geográficos.
b) Intensidad y Longitud de onda de la luz: Se ha observado que la tasa fotosintética aumenta progresivamente a medida que aumenta la intensidad lumínica, hasta un valor máximo que suele estar alrededor de los 600 watts, este varía en las diferentes especies vegetales. Una vez alcanzado este valor máximo, la tasa fotosintética se mantiene relativamente constante, aunque la intensidad lumínica se incrementa. Como se observa en el gráfico. c) Concentración de CO2 : Como expresa el gráfico, el aumento de concentración de dióxido de carbono tiende a aumentar el rendimiento fotosintético, sin embargo este aumento tiene un límite, incluso altas concentraciones de CO2 pueden inhibir la fotosíntesis.
e) Concentración de O2: En presencia de oxígeno el rendimiento de la fotosíntesis Disminuye notablemente. preguntas: De acuerdo a la información entregada, resonda las siguientes 1.-Defina los siguientes términos: a).-heterótrofo. b).-autótrofo. c).-catabolismo. d).-anabolismo. e).-productor primario. f).-anaeróbico. g).-aeróbico. 2.- Dónde se lleva a cabo la fotosíntesis? 3.- Qué es la endosimbiosis? 4.-Explique en qué consiste la fase dependiente de la luz? 5.-Explique en qué consiste la fase independiente de la luz? 6.- Explique Cómo la temperatura, la intensidad luminosa y longitud de onda y la concentración de CO2 Y O2 influyen en la fotosíntesis? Extraído y modificado de guías PSU.