Centro Educcacional Clara SoloveraDepartamento de CienciasProfesor: Juan Saavedra

GUÍA DIDÁCTICA Nº5 DE BIOLOGÍA

Curso: 1º MedioUnidad: Materia y energía en ecosistema.OA: 7Explicar, por medio de una investigación, el rol de la fotosíntesis y la respiración celular en el ecosistema considerando: El flujo de la energía. El ciclo de la materia.

Instrucciones: Lea atentamente está guía, además con ayuda de su texto de estudio físico o virtual consulte las páginas 162 a 174 y desarrolle actividades propuestas, e ingrese a la plataforma yo aprendo en línea del mineduc, desarrolle la guía de trabajo de sintesis que tendra que enviar.

Rol de la fotosíntesis y la respiración celular

Durante el proceso de fotosíntesis, la energía lumínica es convertida en energía química, la que es almacenada en las moléculas orgánicas que se elaboran como producto de dicho proceso. La fotosíntesis es el primer paso del flujo de energía, que captura gran cantidad de esta, y que no solo sustenta a los organismos fotosintéticos, sino que también, de forma indirecta, a gran parte de los organismos no fotosintéticos. Por otro lado, la respiración celular es un conjunto de reacciones bioquímicas por las cuales determinados compuestos orgánicos son degradados hasta convertirse en materia inorgánica, proceso que libera energía que es utilizada por los mismos organismos que la efectúan.

Fotosíntesis

Proceso en el cual la mayoría de las plantas, algas y cianobacterias utilizan la luz del sol para sintetizar nutrientes. Es la principal fuente de incorporación de energía al planeta, y son muchos los ecosistemas, terrestres y acuáticos, dependen directa o indirectamente de esta forma de transformación de la energía solar.

Además, produce dos sustancias imprescindibles para los seres vivos, el oxígeno gaseoso (O2) y la glucosa (C6H12O6), molécula de alto valor energético a partir de la cual se originan otras biomoléculas indispensables para los organismos, como las proteínas, lípidos y otros glúcidos como el almidón.

El proceso de fotosíntesis consiste en una serie de reacciones químicas en las que se utilizan sustancias inorgánicas (H2O y CO2). Para que se produzcan estas reacciones se necesita energía lumínica, la cual es transformada en energía química por los organismos fotosintéticos. La siguiente ecuación química corresponde a la reacción resumida de la fotosíntesis: 6 CO2 + 6 H2O C6H12O6 + 6 O2

Respiración celular

Todos los organismos deben extraer energía de las moléculas orgánicas, que pueden ser elaborados mediante la fotosíntesis u obtenidos del entorno. En la mayoría de las células, nutrientes, como la glucosa, en presencia de oxígeno, pasan por un proceso de oxidación, que facilita la obtención de su energía química para luego ser almacenada en forma de ATP; estas transformaciones, que se llevan a cabo en las mitocondrias de las células, son conocidas comúnmente como respiración celular. En este proceso, asimismo, se liberan dióxido de carbono y agua, como productos residuales del proceso. Su reacción general es: C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O + ATP

Relación entre la fotosíntesis y la respiración celular

FotosíntesisEstructuras participantes

Los cloroplastos se componen de una doble membrana, en cuyo interior (estoma), se encuentran unos discos membranosos llamados tilacoides, que al agruparse forman una estructura denominada grana, aquí se produce la fotosíntesis, especificamente en las membranas de los tilacoides.

Entrada de H2O y CO2 a la planta

El H2O ingresa por las raíces y se transporta a las hojas por el xilema.

El CO2 ingresa por unos poros llamados estomas, que están formados por las células oclusivas o guardianes que permiten el intercambio de vapor de agua y otros gases en la planta.

En un medio hipotónico (menor concentración en el exterior), el agua ingresa por osmosis, donde las células oclusivas se hinchan abriéndose los estomas, ingresando el CO2 a la hoja.

En un medio hipertónico (mayor concentración al exterior), el agua sale por osmosis “transpiración”, donde las células oclusivas se deshinchan, cerrándose los estomas.

En condiciones normales los estomas están abiertos de día y cerrados de noche. La planta debe estar hidratada, de lo contrario el CO2 no puede ingresar al interior.

Fases o etapas

1. Fase clara o dependiente de la luz

1. Se inicia cuando los fotones de energía lumínica (luz) estimulan al fotosistema II ubicado en la membrana del tilacoide.¿Cómo?Los fotones llegan a los pigmentos de la antena y luego pasan al centro de reacción donde hay una molécula de clorofila. Luego se libera un electrón, el cual pasa a la cadena transportadora de electrones.

2. Simultáneamente, debido a la estimulación de la clorofila de los fotosistemas, ocurre la fotólisis del agua, proceso en el que las moléculas de agua son degradadas lo que produce oxígeno (O 2), 4 protones (H+), electrones con alto nivel energético. Mientras que el oxígeno es expulsado al ambiente.

3. La cadena transportadora de electrones se acopla al fotosistema I, se estimula la clorofila. Se genera otra cadena transportadora de electrones, produciéndose una sustancia llamada NADPH.

4. Al finalizar la fase dependiente de luz, los H+ llegan a una enzima llamada ATP sintetasa, la que forma ATP a partir de ADP más un fosfato.

La energía acumulada en las moléculas de ATP y de NADPH es necesaria para llevar a cabo la fijación de carbono en la fase independiente de luz.

2. Fase oscura o independiente de la luz

Las reacciones se llevan a cabo en el estroma del cloroplasto y en ellas la energía lumínica no es necesaria. En esta etapalas moléculas de NADPH (transportadora de energía e hidrógeno) y ATP (transportadora de energía), generadas en la fase dependiente de la luz, se utilizan para sintetizar carbohidratos a partir de la captación del dióxido de carbono que ingresa a la planta por los estomas y del hidrógeno que viene del agua en la molécula de NADPH. Con estos reactantes se forma una molécula de azúcar sencilla integrada por tres átomos de carbono. Este azúcar es la unidad a partir de la cual se construyen todas las otras moléculas orgánicas de la célula vegetal. Por ejemplo, dos moléculas de tres carbonos pueden unirse para dar lugar a azúcares de seis átomos de carbono, como la glucosa. Las moléculas de glucosa posteriormente serán almacenadas como almidón o formarán parte de la pared celular de la planta.

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.

Existe una enzima que es esencial en el desarrollo de este ciclo, que es llamada RUBISCO, debido a su extenso nombre (Ribulosa 1,5 bifosfato carboxilasa/oxidasa).

Las etapas del ciclo de Calvin son las siguientes:1. Fijación de la ribulosa 1,5 bifosfato, una pentosa, con CO2, formando 3-fosfoglicerato.2. El 3 fosfoglicerato es fosforilado gracias al ATP y reducido por el NADPH, formando 3-fosfogliceraldehido, mejor

conocido como PGAL.3. El PGAL puede ser convertido en moléculas orgánicas como glucosa, ácidos grasos y aminoácidos. Sin embargo una

parte del PGAL se utiliza para reponer la ribulosa 1,5 bifosfato.

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.

Finalmente, podemos decir que la fotosíntesis es un magnífico ejemplo de cómo las plantas fueron los primeros organismos pluricelulares en aparecer, puesto que desarrollaron una eficaz maquinaria con la que pueden producir su propio alimento. Se cree que esto fue porque no tenían otro organismo al cual consumir. A continuación se muestra un esquema resumen de las dos etapas dependiente e independiente de la luz. Se destaca los reactantes y productos de cada proceso interdependiente de la fotosíntesis.

En la siguiente imagen se muestra el metabolismo: el cloroplasto representa el anabolismo cuyos productos formados lo utilizará la mitocondria realizando procesos catabólicos liberando CO 2 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 siguiente imagen, 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.

Balance de la fotosíntesis

Factores que afectan a la fotosíntesis

Temperatura: Al aumentar hasta 35C, aumenta la tasa fotosintética, luego disminuye drásticamente. Intensidad lumínica: Al aumentar hasta un valor límite, aumenta la tasa fotosintética. Concentración de dióxido de carbono (CO2): Al aumentar, aumenta la tasa fotosintética hasta un valor máximo de

asimilación; de ahí se mantiene constante. Disponibilidad de agua: Al haber suficiente, los estomas se abren, aumentando la tasa fotosintética, de lo contrario, se

cierran, dificultando la entrada de CO2, disminuyendo la tasa fotosintética.