Unidad B.3: Flujo de energía en los sistemas biológicos

Biología

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ETAPA 1 – (Resultados esperados)

Resumen de la Unidad: El estudiante investiga sobre el flujo de energía en los sistemas biológicos, incluyendo los ciclos de la materia a través de los subsistemas del Planeta Tierra (hidrosfera, atmósfera, litosfera, biosfera), y la transferencia de energía y materia durante la biosíntesis de las moléculas orgánicas.

Conceptos transversales e ideas fundamentales:

Sistemas y modelos de sistemas. Energía y materia

Estructura y función

Estabilidad y cambio

Ética y valores en las ciencias

Integración de las ciencias, la ingeniería, la tecnología y la sociedad con la naturaleza:

El conocimiento científico está abierto a revisiones a la luz de nueva evidencia. El conocimiento científico sigue un orden natural y consistente. Los modelos, leyes, mecanismos y teorías científicas explican los fenómenos naturales. La Ciencia es una actividad intrínseca del ser humano. Las investigaciones científicas usan métodos variados.

Preguntas Esenciales (PE) y Comprensión Duradera (CD)

PE1 ¿De qué forma el ciclo de los elementos apoya la vida en la Tierra?

CD1 Los ciclos biogeoquímicos, incluyendo el ciclo del carbono, transportan materia a través de los océanos, la atmósfera, el suelo y la biosfera.

PE2 ¿Cómo se combinan el carbono, el hidrógeno y el oxígeno con otros elementos para formar los aminoácidos?

CD2 Los átomos forman moléculas orgánicas, tales como los aminoácidos, a través de reacciones que son catalizadas por enzimas..

PE3 ¿En qué forma los organismos transfieren y almacenan energía?

CD3 La fotosíntesis transforma la energía de la luz en energía química almacenada, mientras la respiración celular transforma la energía almacenada para que pueda ser usada por las células.

Objetivos de Transferencia (T) y Adquisición (A)

T1. Al terminar la unidad, el estudiante utiliza su aprendizaje sobre los ciclos de la materia a través de los subsistemas de la Tierra y la transferencia de energía y materia durante la biosíntesis de moléculas orgánicas para tomar decisiones informadas respecto a la conservación y propagación de las plantas como productoras de alimento, controlar los efectos dañinos a los ciclos de la materia y la energía en los ecosistemas y mantener una dieta balanceada.

El estudiante adquiere destrezas para...

A1. Desarrollar un modelo cuantitativo para describir el ciclo del carbono.

A2. Evaluar y explicar modelos de los ciclos biogeoquímicos.

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A3. Interpretar las reacciones químicas involucradas e ilustrar el rol de la fotosíntesis y la respiración celular en los subsistemas del Planeta Tierra.

A4. Formular una explicación sobre la síntesis de los aminoácidos y otras moléculas de carbono.

A5. Diseñar un modelo que demuestre que la respiración celular es el proceso químico que resulta en la transferencia neta de energía.

A6. Comprender el rol de la respiración aeróbica y anaeróbica en varios ambientes.

A7. Ilustrar cómo los procesos de fotosíntesis y de respiración transforman la energía de la luz en energía química almacenada.

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Los Estándares de Puerto Rico (PRCS)

Estándar(es):

Interacciones y energía

Área de Dominio:

De moléculas a organismos: estructuras y procesos

Expectativa:

B.CB1: De moléculas a organismos: estructuras y procesos

Estructura y función: Los sistemas de las células especializadas dentro de los organismos ayudan a desempeñar funciones esenciales para la vida. Toda célula contiene información genética en la molécula de ADN. Los genes son segmentos del ADN que contienen instrucciones que se codifican para la elaboración de proteínas, las cuales desempeñan la mayor parte del trabajo de las células. Los organismos multicelulares tienen una organización estructural de jerarquía en donde cada sistema está formado de numerosas partes y es en sí un componente del próximo nivel. Organización del flujo de la materia y energía en organismos: El proceso de fotosíntesis convierte la energía de la luz en energía química almacenada al convertir dióxido de carbono y agua en azúcares y liberar oxígeno. Las moléculas de azúcar contienen carbono, hidrógeno y oxígeno: sus estructuras de hidratos de carbono se utilizan para hacer aminoácidos y otras moléculas de carbono que pueden unirse para formar moléculas más complejas (como proteínas o ADN) que se utilizan, por ejemplo, para formar nuevas células. Mientras la materia y la energía fluyen por diferentes niveles de organización en los sistemas vivientes, los elementos químicos se recombinan de diferentes maneras para formar diferentes productos. Como resultado de estas reacciones químicas, la energía se transfiere de un sistema de moléculas a otro. La respiración celular es un proceso químico en el cual el enlace de las moléculas de alimento y las moléculas de oxígeno se rompen y se forman nuevos compuestos que transportan energía a los músculos. La respiración celular también libera energía que es necesaria para mantener la temperatura corporal a pesar de la transferencia de energía al ambiente que esté en su entorno. Ciclos de materia y transferencia de energía en ecosistemas: Los procesos de fotosíntesis y la respiración celular (incluyendo los procesos anaeróbicos) proveen la mayoría de la energía para la vida. Las plantas y las algas conforman el nivel más bajo de la cadena alimentaria. En cada nivel de ascenso en la cadena alimentaria, solamente una pequeña fracción de la materia consumida en el nivel anterior es transferida a la siguiente para producir el crecimiento y liberar energía a niveles más altos de respiración celular. Dada esta ineficiencia, hay muy pocos organismos en niveles más altos de la cadena alimentaria. En cada cadena de un ecosistema, la materia y la energía se conservan. La fotosíntesis y la respiración celular son componentes importantes del ciclo de carbono, en donde el carbono, se intercambia en la biosfera, la atmósfera, los océanos y la geosfera mediante procesos químicos, físicos, geológicos y biológicos. Desarrollo y crecimiento de organismos: En los organismos multicelulares, las células individuales crecen y se dividen por medio de la mitosis, lo que conlleva que el organismo crezca. Los organismos comienzan como una sola célula (un huevo fertilizado) que se divide sucesivamente para producir muchas células; cada célula madre pasa material genético idéntico (dos variantes de un par de cromosomas) a ambas células hijas. La división celular y la diferenciación producen y mantienen un organismo complejo, compuesto de sistemas de tejidos y órganos que trabajan en conjunto para satisfacer las necesidades de todo el organismo.

Estándar(es):

Interacciones y energía

Área de Dominio:

Ecosistemas: Interacciones, energía y dinámicas

Expectativa:

B.CB2: Ecosistemas: Interacciones, energía y dinámicas

Las relaciones interdependientes en los ecosistemas: Los ecosistemas tienen la capacidad de carga, los cuales están limitados por un número de organismos y poblaciones que ellos pueden mantener. Estos límites son el resultado de factores tales como: la disponibilidad de recursos vivientes y no vivientes; y de los retos tales como: depredación, competencia y enfermedades. Los organismos tienen la capacidad de producir poblaciones de gran tamaño si no fuera por los factores del ambiente y porque los recursos son limitados. Ambos factores afectan la abundancia (número de individuos) en una especie dentro de un ecosistema. Dinámicas, funcionamiento y resistencia de los ecosistemas: Un conjunto complejo de interacciones dentro de un ecosistema puede mantener el número y los tipos de organismos de una forma

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relativamente constante por un largo periodo de tiempo, bajo condiciones estables. Si ocurre un pequeño disturbio físico o biológico dentro de un ecosistema, esta puede volver a su estado original. No obstante, fluctuaciones extremas en las condiciones o en el tamaño de la población pueden ser un reto para el funcionamiento de los ecosistemas en términos de recursos y disponibilidad de hábitat. Más aun, los cambios antropogénicos (fomentados por la actividad humana) en el ambiente Incluye la destrucción de hábitats, contaminación, introducción de especies invasoras, sobreexplotación y cambios climáticos que pueden perturbar un ecosistema y amenazar la supervivencia de algunas especies. Movimiento cíclico de la materia y transferencia de energía en ecosistemas: La fotosíntesis y la respiración celular (incluyendo los procesos anaeróbicos) proveen la mayoría de la energía para los procesos de la vida. Las plantas y las algas conforman el nivel más bajo de la cadena alimentaria. En cada nivel de ascenso en la cadena alimentaria, solamente una pequeña fracción de la materia consumida en la cadena anterior es transferida a la siguiente para producir el crecimiento y liberar energía a niveles más altos de la respiración celular. Dada esta ineficiencia, hay muy pocos organismos en niveles más altos de la cadena alimentaria. Alguna materia reacciona para liberar la energía necesaria para funciones vitales, así mismo algunas materias son almacenadas en nuevas estructuras y mucha se libera. Los elementos químicos que conforman los organismos moleculares pasan por las cadenas alimentarias, y dentro y fuera de la atmosfera y los suelos. Estos elementos se combinan y recombinan de diferentes maneras. En cada cadena de un ecosistema, la materia y la energía se conservan. La fotosíntesis y la respiración celular son componentes importantes del ciclo de carbono en donde el carbono se intercambia en la biosfera, atmosfera, océanos y la geosfera mediante procesos químicos, físicos, geológicos y biológicos. Interacciones sociales y comportamiento grupal: El comportamiento grupal ha evolucionado porque la pertenencia puede incrementar las oportunidades de supervivencia para individuos y sus parientes genéticos. Los seres humanos y la biodiversidad: La biodiversidad ha aumentado por la formación de nuevas especies (especiación) y la disminución por la pérdida de especies (extinción). Los humanos dependen del mundo viviente por los recursos y otros beneficios que provee la biodiversidad. Pero las actividades humanas también tienen un impacto adverso en la biodiversidad por medio de la sobrepoblación, sobreexplotación, la destrucción de hábitats, contaminación, introducción de especies invasoras y cambios climáticos. El sustento de la biodiversidad para que el funcionamiento y la productividad de un ecosistema se mantengan es esencial para el mantenimiento y el mejoramiento de la vida en la Tierra. El sustentar la biodiversidad también ayuda a la humanidad a preservar la naturaleza o valores de inspiración. Desarrollo de una posible solución: Cuando se evalúan soluciones es importante tener en cuenta un número de limitaciones, incluyendo costo, seguridad, veracidad, y estética. También hay que considerar los impactos sociales, culturales y ambientales.

Indicadores:

Interacciones y energía

ES.B.CB1.IE.1 Desarrolla un modelo cuantitativo para describir el ciclo del carbono en la hidrosfera, atmósfera, la geosfera y la biosfera. El énfasis está en hacer modelos de los ciclos biogeoquímicos que incluyan el ciclo del carbono por los océanos, la atmosfera, los suelos y la biosfera (incluyendo los seres humanos) proveyendo la base para los organismos vivientes.

ES.B.CB1.IE.2 Construye y revisa una explicación basada en evidencia de cómo el carbono, el hidrógeno y el oxígeno de las moléculas de azúcar pueden combinarse con otros elementos para formar aminoácidos y otras moléculas de carbono. El énfasis está en el uso de modelos y simulaciones que apoyen esta explicación.

ES.B.CB1.IE.3 Diseña un modelo que ilustre que la respiración celular es un proceso químico a través del cual los enlaces de las moléculas de alimento y las moléculas de oxígeno se rompen y se forman nuevos enlaces, resultando en una transferencia de energía neta. El énfasis está en la comprensión conceptual de los procesos de entrada y salida durante la respiración celular.

ES.B.CB1.IE.4 Usa modelos para ilustrar cómo la fotosíntesis y la respiración transforman la energía de la luz en energía química almacenada. El énfasis está en la ilustración de las entradas y salidas de la materia y la transferencia y transformación de energía en la fotosíntesis por parte de las plantas y otros organismos fotosintéticos. Ejemplos de modelos podrían incluir diagramas, ecuaciones químicas y modelos conceptuales.

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ES.B.CB2.IE.1 Construye y revisa una explicación, a base de evidencia, sobre los ciclos de la materia y el flujo de la energía en condiciones aeróbicas y anaeróbicas. El énfasis está en la comprensión conceptual de los papeles de la respiración aeróbica y anaeróbica en diferentes ambientes.

ES.B.CB2.IE.2 Usa representaciones matemáticas para apoyar afirmaciones sobre el ciclo de la materia y el flujo de energía entre los organismos de un ecosistema. El énfasis está en el uso de los modelos matemáticos de almacenamiento de energía en la biomasa, para describir la transferencia del fluir de energía por los ecosistemas. El énfasis está en los átomos y las moléculas (como el carbono, el oxígeno, el hidrógeno y el nitrógeno) que se conservan a medida que pasan por un ecosistema.

ES.B.CB2.IE.3 Desarrolla modelos para ilustrar el papel de la fotosíntesis y la respiración celular en los ciclos de carbono en la biosfera, atmosfera, hidrosfera y geosfera. Ejemplos de modelos podrían incluir simulaciones y modelos matemáticos. La evaluación no incluye los pasos químicos específicos de la fotosíntesis y la respiración.

Procesos y destrezas (PD):

PD1 Formula preguntas y define problemas: El estudiante formula, refina y evalúa preguntas que pueden probarse empíricamente y diseña problemas usando modelos y simulaciones. Analiza problemas complejos de la vida real especificando las limitaciones y criterios para soluciones exitosas.

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.

PD3 Planifica y lleva a cabo experimentos e investigaciones: El estudiante planifica y lleva a cabo experimentos e investigaciones que proveen evidencia y ponen a prueba modelos conceptuales, matemáticos, físicos y empíricos. Se planifican y llevan a cabo investigaciones de forma individual y colaborativa, para obtener datos que sirven de evidencia. Al diseñar la investigación, se decide el tipo, la cantidad y la precisión que son necesarias en los datos para obtener resultados confiables y considerar las limitaciones sobre la precisión de los datos.

PD7 Expone argumentos a partir de evidencia confiable: El estudiante utiliza evidencia apropiada y razonamiento científico para defender y criticar afirmaciones y explicaciones sobre el mundo que nos rodea. Los argumentos pueden ser de episodios históricos en la Ciencia, o actuales. El estudiante construye un argumento o un contra-argumento oral o escrito a base de datos y evidencias.

PD8 Obtiene, evalúa y comunica información: El estudiante evalúa la validez y confiabilidad de las suposiciones, métodos y diseños. Comunica información técnica y científica en múltiples formatos (incluyendo formatos verbales, gráficos, textuales y matemáticos).

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ETAPA 1 – (Resultados esperados) ETAPA 2 – (Evidencia de assessment) ETAPA 3 – (Plan de aprendizaje)

Alineación de Objetivos de Aprendizaje

Enfoque de Contenido

(El estudiante…) Vocabulario de

Contenido Tareas de desempeño Otra evidencia

Actividades de aprendizaje sugeridas y Ejemplos para planes de la lección

PRCS: ES.B.CB1.IE.1 ES.B.CB2.IE.2 ES.B.CB2.IE.3 PD: PD1 PD7 PE/CD: PE1/CD1 T/A: A1 A2

Desarrolla un modelo cuantitativo para describir el ciclo del carbono en la hidrosfera, la atmósfera, la litosfera, y la biosfera.

Diseña modelos de los ciclos biogeoquímicos incluyendo el ciclo del carbono en los océanos, la atmósfera, el suelo, y la biosfera (incluyendo el inicio humano).

Usa representaciones matemáticas para apoyar conclusiones sobre el ciclo de la materia y el flujo de energía entre los organismos de

Atmósfera

ATP

Biosfera

Ciclo biogeoquímico

Fase lumínica

Fase oscura

Fotosíntesis

Hidrosfera Litosfera

Debate

Los estudiantes trabajarán en grupos para debatir la siguiente afirmación: “Todos los ciclos químicos son perturbados por el ser humano, por lo tanto amenazan a muchos, si no a la mayoría de los ecosistemas”, y prepararán una presentación oral que explique el resultado del debate. Se evaluará los argumentos que cada grupo presente respecto a la afirmación y la claridad de su presentación oral.

Artículo

El estudiante escribirá un artículo breve para el periódico escolar, en el que persuada al público para que controlen la liberación de fosfatos al ambiente debido a los impactos bióticos y abióticos que alteran el ciclo del fósforo.

Modelo

El estudiante creará un modelo del ciclo del nitrógeno en el que debe explicar todas las fases del ciclo y las sustancias químicas involucradas.

Mapa conceptual

El estudiante creará un mapa conceptual para ilustrar el impacto de la contaminación con nitrógeno (humo, eutrofización, etc.)

Glosario

El estudiante creará un glosario de términos relacionados a los ciclos biogeoquímicos (ej., embalse, tiempos de residencia, flujo, etc.)

Tabla T

El estudiante creará una tabla T para comparar y contrastar los ciclos de la materia a través de la atmósfera y a través de los suelos.

El proceso de fotosíntesis Los estudiantes trabajan en grupos de

3 – 4 para experimentar con el proceso de fotosíntesis. Diseñarán un experimento para observar evidencias del proceso de fotosíntesis con la planta acuática elodea. Una sugerencia puede ser que corten transversalmente un pedazo de la planta elodea de aproximadamente 5 cm. Luego, colocan el pedazo de planta dentro de un tubo de ensayo con agua y añaden una cantidad pequeña de polvo de hornear. Exponen la planta a una fuente de luz en dirección al tubo de ensayo hasta que observen las burbujas. Deben contar la cantidad de burbujas que se liberan en un tiempo determinado.

Para extender el experimento, los estudiantes pueden poner a prueba otras variables como: Tiempo de exposición a la luz, potencia de la fuente de luz, distancia entre la fuente de luz y la planta.

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un ecosistema. Aplica los modelos

matemáticos de almacenamiento de energía en la biomasa para describir el flujo de energía en los ecosistemas.

Modela átomos y moléculas de carbono, oxígeno, hidrógeno y nitrógeno que se conservan cuando atraviesan un ecosistema.

Desarrolla modelos para ilustrar el rol de la fotosíntesis y la respiración celular en los ciclos del carbono en la biosfera, atmósfera, hidrosfera y geosfera.

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ETAPA 1 – (Resultados esperados) ETAPA 2 – (Evidencia de assessment) ETAPA 3 – (Plan de aprendizaje)

Alineación de Objetivos de Aprendizaje

Enfoque de Contenido

(El estudiante…) Vocabulario de Contenido Tareas de desempeño Otra evidencia

Actividades de aprendizaje sugeridas y Ejemplos para planes de la lección

PRCS: ES.B.CB1.IE.2 PD: PD2 PD7 PD8 PE/CD: PE2/CD2 T/A: A4

Explica como el carbono, el hidrógeno y el oxígeno se combinan con otros elementos para formar aminoácidos.

Usa modelos y simulaciones para ilustrar cómo los aminoácidos y otras moléculas de carbono se forman a partir de la combinación de átomos de carbono, hidrógeno y oxígeno.

Α- cetoglutarato glutamato

Alanina

Aminoácidos esenciales y no esenciales

Amoniaco

Aspartato

Biosíntesis

Cadena de transporte de electrones

Ciclo del ácido cítrico

Ciclo de nitrógeno Desnitrificación

Intermediario metabólico

Nitrificación

Oxaloacetato

Piruvato

Proteína

Vía fosfato de pentosa

Vía glucolítica

Pulseras proteínicas

En esta tarea de desempeño cada estudiante diseña y fabrica pulseras que representan distintos tipos de proteínas. El estudiante seleccionará el tipo de proteína a representar (enzima, keratina, hemoglobina, anticuerpo, hormona, actina) y utilizará cuentas y cordón elástico para fabricarlas. Luego, la intercambia con otro estudiante y cada cuál explicará la estructura y función representada en el brazalete que recibió.

Se evaluará el diseño, fabricación y explicación de los estudiantes sobre la estructura y función de la proteína (ver anejo “B.3 Tarea de desempeño – Brazalete de proteína”).

Boleto de salida

Crear una lista de intermediarios comunes de los cuales se derivan los aminoácidos.

Preparar una lista de los síntomas de enfermedades relacionadas a la deficiencia de aminoácidos o a desórdenes metabólicos (ej., kwashiorkor, fenilcetonuria, etc.).

Biosíntesis de aminoácidos

Empiece preguntando a los estudiantes qué comieron recientemente. Pídales que escriban todos los nutrientes que tenía su comida, dando tanto detalle como sea posible. Explique que las proteínas en nuestra dieta proveen aminoácidos los cuales se rompen y son reusados para la síntesis de numerosas moléculas orgánicas, incluyendo nuevos aminoácidos. En esta actividad, los estudiantes investigarán primero la biología y bioquímica de los aminoácidos. Pueden trabajar individualmente o en parejas para proponer tres datos clave sobre los aminoácidos, tales como:

o Solo 12 de los 20 aminoácidos estándar se pueden sintetizar en el cuerpo humano (los aminoácidos no esenciales)

o Todos los aminoácidos contienen amoníaco en su estructura, el cual provee la fuente de nitrógeno

o El amoníaco es convertido en nitratos mediante la

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nitrificación, la cual es realizada por bacterias del suelo

o La desnitrificación reduce los nitratos y nitritos a gas nitrógeno, y así devuelve el gas nitrógeno a la atmósfera

o Las cadenas principales del carbono de los aminoácidos se originan de la vía glucolítica, la vía fosfato de pentosa, o el ciclo del ácido cítrico.

o Los intermediarios de las vías metabólicas mayores son precursores de la síntesis de los aminoácidos no esenciales.

Los estudiantes compartirán sus datos con otros estudiantes para crear una lista de datos que registrarán en sus libretas. Uno de los datos debe ser la lista de los 20 aminoácidos estándar, indicando cuáles son esenciales y no esenciales.

Los estudiantes trabajan en grupos pequeños, para elegir dos de las siguientes reacciones que representan la síntesis de un aminoácido no esencial:

o piruvato —> alanina

o oxaloacetato —> aspartato

o a- cetoglutarato —>

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glutamato

Cada grupo investigará los datos clave para las reacciones seleccionadas incluyendo:

o El origen de la molécula precursora (ej., el piruvato es un producto final de la vía glucolítica)

o Definición de una reacción de trasnominación (un grupo amino es transferido de un aminoácido a un carbono de un cetoácido)

o La enzima que cataliza la reacción de síntesis (ej., aminotransferasa)

o Las similitudes y diferencias entre las dos reacciones que ellos seleccionaron

o Datos adicionales e imágenes de interés.

Luego, con materiales de uso diario, los estudiantes crearán un modelo molecular que incluya átomos de carbono, hidrógeno y oxígeno para ilustrar las reacciones individuales. El modelo puede ser una representación gráfica, o un modelo 3-D, tal como un modelo de barras y esferas. Los estudiantes presentarán sus modelos a la clase, junto con los datos clave que investigaron (ver la sección “Recursos adicionales”).

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ETAPA 1 – (Resultados esperados) ETAPA 2 – (Evidencia de assessment) ETAPA 3 – (Plan de aprendizaje)

Alineación de Objetivos de Aprendizaje

Enfoque de Contenido

(El estudiante…) Vocabulario de

Contenido Tareas de desempeño Otra evidencia

Actividades de aprendizaje sugeridas y Ejemplos para planes de la lección

PRCS: ES.B.CB1.IE.3 ES.B.CB1.IE.4 ES.B.CB2.IE.1 PD: PD1 PD2 PD7 PD3 PD8 PE/CD: PE2/CD2 PE3/CD3 T/A: A1 A3 A5 A6 A7

Diseña un modelo que demuestra el rompimiento de los enlaces de los átomos en las moléculas involucradas en el proceso de respiración celular.

Explica los procesos de entrada y salida en la respiración celular.

Describe los ciclos de la materia y el flujo de energía en condiciones aeróbicas y anaeróbicas.

Usa modelos para ilustrar cómo ocurre la transformación de la energía de la luz en el proceso de fotosíntesis y cómo se almacena como

Aeróbico

Anaeróbico

Cadena de transporte de electrones

Cloroplastos

Difosfato de adenosina (ADP)

Glucosa

Mitocondria

Organelo

Respiración celular

Central de energía celular

En esta tarea de desempeño los estudiantes investigan la biología celular de la fotosíntesis y la respiración celular incluyendo la distinción de los organelos donde estos procesos ocurren, y los tipos de organismos que tienen cloroplastos y mitocondrias. Con la información recopilada construyen modelos tridimensionales del cloroplasto y la mitocondria. Representan su estructura, dónde ocurren las reacciones del proceso de fotosíntesis (cloroplastos) y de respiración celular (mitocondria) y las reacciones químicas que ocurren durante estos procesos. Los modelos se exhibirán en el salón de clases y cada estudiante debe explicarlo.

Se evaluará la claridad del modelo y de la presentación del estudiante para explicar cómo ocurren estos procesos en esos organelos.

Plegable

Pida a los estudiantes que creen un plegable de los diagramas de las moléculas para describir las reacciones químicas de la fotosíntesis y la respiración celular. Incluya todo el vocabulario de la unidad.

Organizador gráfico

El estudiante prepara un organizador gráfico en el que compara los ciclos de la materia y el flujo de energía en condiciones anaeróbicas, con las condiciones aeróbicas. Debe incluir ilustraciones para fundamentar su comparación.

Diagrama de Venn El estudiante compara y contrasta

los procesos de respiración celular y la fotosíntesis usando un diagrama de Venn.

Para obtener descripciones completas, ver las secciones "Actividades de aprendizaje"al final de este mapa. Comparando fotosíntesis y la respiración celular

Inicie pidiendo a los estudiantes que tomen una respiración profunda y luego exhalen. Explique que el concepto “respiración celular” es un proceso de todas las células vivas. Explique la diferencia entre respiración celular y respiración pulmonar.

En esta actividad, los estudiantes trabajarán en grupos pequeños para explorar la biogeoquímica de la respiración celular y compararla y contrastarla con la bioquímica de la fotosíntesis (ver más detalles al final de la unidad).

Evidencia de fotosíntesis

En esta actividad, los estudiantes investigarán la presencia de almidón en las plantas como evidencia del proceso de fotosíntesis. Días previos a esta actividad, mantenga una planta

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energía química por medio del proceso de respiración.

Define los conceptos usados en la respiración celular y en la fotosíntesis.

Coleus (repollo morado) en la oscuridad para usarse en las pruebas. Utilice un vaso de precipitado de 400 mL, un vaso de precipitado de 100 mL, solución de yodo, almidón soluble, probeta de 10 mL, gotero, alcohol isopropílico, plancha de calentamiento, placa Petri, pinzas, agua destilada, tubos de ensayo y dos plantas de Coleus (una en luz y otra en oscuridad). Los estudiantes deben hacer una prueba previa para identificar la presencia de almidón (3 mL de agua destilada, 3 mL de almidón soluble y 4 gotas de solución de yodo en un tubo de ensayo). Luego, preparan un baño de María con 200 mL de agua en el vaso de 400 mL y colocan dentro el vaso de 100 mL, con 40 mL de alcohol. Colocan una hoja de Coleus de la planta expuesta a la luz en el agua caliente por 3 minutos, luego la colocan en el alcohol caliente por 5 minutos hasta que los pigmentos desaparezcan y nuevamente en el agua caliente por 3 minutos. Se coloca la hoja en una placa Petri, se escurre el agua y se cubre con solución de yodo. Se repite este proceso con la hoja de la planta en la oscuridad. Los estudiantes deben anotar sus observaciones y explicar por qué se almacena almidón

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en la planta y cómo se utiliza el mismo por los organismos vivos (ver la sección “Recursos adicionales”).

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ETAPA 3 – (Plan de aprendizaje)

Conexiones a la literatura sugeridas

Robert Harding Whittaker (1975) o Comunidades y Ecosistemas

Eugene P. Odum (5 Ta edición, 2008) o Fundamentos de ecología

Eduardo por D. P. De Robertis (2006) o Biología celular y molecular

Oñate Ocaña (2009) o Biología II: Primera edición

Recursos adicionales

Ejemplos de plegables: http://www.biologyjunction.com/biology_projects.htm

Ciclos biogeoquímicos: http://0-www.learner.org.librus.hccs.edu/courses/envsci/unit/text.php?unit=4&secNum=4

Ciclos biogeoquímicos: http://www.ess.uci.edu/~reeburgh/figures.html

Biosíntesis de aminoácidos: http://www.tamu.edu/faculty/bmiles/lectures/biosynaa.pdf

Biosíntesis de aminoácidos: http://www.columbia.edu/~crg2133/Files/CambridgeIA/Biology/AminoAcidBiosynthesis.pdf

Fotosíntesis y respiración celular: http://www.globalchange.umich.edu/globalchange1/current/lectures/kling/energyflow/psn_primer.html

Fotosíntesis y respiración celular: https://www.msu.edu/~potters6/te801/Biology/biounits/respiration.htm

Fotosíntesis y respiración celular: https://dairynutrient.wisc.edu/mexico/page.php?id=590

Fotosíntesis y respiración celular: http://www.rena.edu.ve/TerceraEtapa/Biologia/fotosintesisyrespiracion.html

Fotosíntesis y respiración celular http://www.uprm.edu/biology/cursos/biologiageneral/fotosintesis.ppt

Fotosíntesis y respiración celular http://sepuplhs.org/high/sgi/teachers/photosynthesis2_sim.html

Fotosíntesis y respiración celular: http://www.nclark.net/PhotoRespiration

Brazalete de proteína: http://www.scienceteacherprogram.org/pdf/GiftOfProtein.pdf

Cloroplastos: http://recursostic.educacion.es/ciencias/biosfera/web/alumno/2bachillerato/La_celula/contenidos13.htm

Actividades de Biología: http://www.biologyjunction.com/biology_projects.htm

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Aminoácidos y proteínas: http://didactalia.net/comunidad/materialeducativo/recurso/aminoacidos-educaplusorg/42727313-65ee-4e08-acfa-cf797ba08922

Aminoácidos y proteínas: http://www.ehu.es/biomoleculas/buffers/buffer3.htm

Aminoácidos y proteínas: http://biomodel.uah.es/model1j/prot/inicio.htm

Fotosíntesis: http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/1bachillerato/reino_vegetal/contenidos4.htm

Fotosíntesis: http://aip-recursos.blogspot.com/2012/10/observa-la-siguiente-figura-observamos.html

Fotosíntesis: http://www.wonderville.ca/asset/photosynthesis

Fotosíntesis: http://www.harcourtschool.com/activity/science_up_close/512/deploy/interface.html

Respiración celular: http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/3ESO/diges/contenidos11.htm

Respiración celular: http://www.phschool.com/science/biology_place/biocoach/cellresp/oxidative.html

Respiración celular: http://www.wiley.com/college/grosvenor/0470197587/animations/process_diagram_cellular_respiration/process_diagram_cellular_respiration.html

Modelando ciclos biogeoquímicos, Fuente: http://www.colorado.edu/GeolSci/courses/GEOL1070/chap04/chapter4.html

Biosíntesis de aminoácidos, Fuente: http://homepages.rpi.edu/~bellos/new_page_2.htm

Evidencia de fotosíntesis: Try this Flinn Scientific, Inc. "Respiration versus Photosynthesis": http://www.nclark.net/PhotoRespiration

Pasos en el proceso de diseño para ingeniería: http://www.nasa.gov/audience/foreducators/plantgrowth/reference/Eng_Design_5-12.html#.U-e716PG-8A

Redacción de una propuesta de investigación: http://ponce.inter.edu/acad/facultad/jvillasr/GUIA_INVEST.pdf

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Actividades de aprendizaje sugeridas

Comparando fotosíntesis y la respiración celular

Inicie pidiendo a los estudiantes que tomen una respiración profunda y luego exhalen. Explique que el término “respiración celular” es un proceso de todas las células vivas. En esta actividad, los estudiantes trabajarán en grupos pequeños para explorar la biogeoquímica de la respiración celular y compararla y contrastarla con la bioquímica de la fotosíntesis.

Materiales: o 36 broches de presión o piedritas de joyería (18 rojas, 12 blancas, 6 negras) o vasito plástico

o tijeras

Procedimiento: o Provea la ecuación química de la fotosíntesis a los estudiantes: energía de luz + 6CO2 + 6H2O —> C6H12O6 + 6O2

o Pídales a los estudiantes que creen una tabla en la que identifiquen los reactivos usados en la fotosíntesis, y los productos resultantes. o En la tabla, los estudiantes incluirán el número y tipos de átomos en cada uno de los reactivos y productos. o Dado el número de piedritas disponibles, los estudiantes determinarán cuál piedrita de color representa a cada átomo. Ellos determinarán que rojo = oxígeno, blanco = hidrógeno y negro =

carbono). o Los estudiantes usarán sus piedritas para hacer modelos de cada una de las moléculas en la reacción de fotosíntesis. (Si los estudiantes tienen dificultad con este paso, ayúdeles a empezar

con la creación del dióxido de carbono y las moléculas de agua.) o Los estudiantes escribirán en sus libretas cómo sus modelos ayudan a comprender el proceso y las limitaciones de sus modelos (ej., ellos encontrarán que la glucosa es muy compleja para

modelarla fácilmente, así que deben usar el número correcto de piedritas). o Provea a los estudiantes la ecuación química de la respiración celular: C6H12O6 + 6O2 —> 6CO2 + 6H2O + ADP o Instruya a los estudiantes para que sigan el mismo procedimiento que siguieron en la fotosíntesis.

Asegúrese de que las anotaciones de los estudiantes incluyan un modelo para diferenciar el rendimiento del ADP durante la respiración celular en condiciones aeróbicas versus condiciones anaeróbicas, para ilustrar la importancia del oxígeno en la cadena de transporte de electrones.

Para resumir su trabajo, los estudiantes crearán una presentación tal como un diagrama, una presentación de diapositivas, un mapa conceptual o un relato para mostrar cómo la fotosíntesis transforma la energía de la luz en energía química almacenada (como glucosa) y cómo la respiración transforma la energía almacenada en la glucosa en energía química almacenada (como ADP).

Fuentes: http://www.sciencetakeout.com/wp-content/themes/accelerate/images/teacher_guides/122.pdf http://www.megamoleculesllc.com/uploads/4/8/9/4/4894295/molecular_modeling_activity_for_photosynthesis_and_cellular_respiration_with_teachers_key.pdf