Guianº7_Biologia_LCCP_1ºMedio

LICEO CARMELA CARVAJAL DE PRAT
PROVIDENCIA
DPTO. BIOLOGÍA
GUÍA DE APRENDIZAJE N° 7
FOTOSÍNTESIS
SECTOR: Biología
PROFESOR(ES):
NIVEL/CURSO: 1° Medio
Verónica Canavati Carrasco
Miriam Donaire Pérez
MAIL DE PROFESORES:
[email protected]
[email protected]
UNIDAD TEMÁTICA:
Fotosíntesis
CONTENIDO:
Estructura de las hojas para la conversión de energía
lumínica en química y la producción de nutrientes
APRENDIZAJE ESPERADO:
Describir el proceso de fotosíntesis en términos de
incorporación de materia y energía a los seres vivos
TIEMPO PARA DESARROLLO: 21 de noviembre (1 semana)
PLAZO DE ENTREGA:
Sin plazo de entrega, se desarrolla en el cuaderno
Hace 2000 millones de años, aproximadamente, algunas células, gracias a mutaciones en su
maquinaria genética, adquirieron la capacidad de aprovechar la energía de la luz solar. Estas
células combinaban moléculas inorgánicas simples, dióxido de carbono y agua para formar
moléculas orgánicas más complejas como la glucosa. En el proceso de fotosíntesis esas
moléculas capturaban una pequeña fracción de la energía de la luz solar y la almacenaban como
energía química en esas moléculas orgánicas complejas.
Dado que podían explotar esta nueva fuente de energía sin enfrentar competidores, las primeras
células fotosintéticas llenaron los mares, liberando oxígeno como subproducto. El oxígeno libre,
elemento nuevo en la atmósfera, era dañino para muchos organismos. No obstante, la infinita
variación debida a errores genéticos aleatorios finalmente produjo algunas células que podían
sobrevivir en presencia de oxígeno y, posteriormente, células que aprovechaban el oxígeno para
descomponer la glucosa en un nuevo y más eficiente proceso: la respiración celular.
En la actualidad, casi todas las formas de vida del planeta, nosotros entre ellas, dependen de los
azúcares producidos por los organismos fotosintéticos para obtener energía y liberan la energía de
esos azúcares mediante respiración celular, empleando el subproducto de la fotosíntesis: oxígeno.
La luz solar impulsa la vida en la tierra y únicamente se captura por fotosíntesis.
A partir de las sencillas moléculas del dióxido de carbono (CO2) y del agua (H2O), la fotosíntesis
convierte la energía de la luz solar en energía química almacenada en los enlaces de la glucosa
(C6H12O6) y libera oxígeno (O2)
La reacción química total más sencilla para la fotosíntesis es:
La fotosíntesis se efectúa en las plantas, las algas y en ciertos tipos de bacterias, todos los cuales
son autótrofos, es decir, son organismos que fabrican su propio alimento.
En las algas y en plantas pequeñas y simples que viven en un ambiente húmedo, cada uno de los
materiales requeridos está a disposición inmediata de la célula. Sin embargo la mayoría de las
plantas viven en un ambiente muy diferente y sus células fotosintéticas requieren un complejo
sistema de soporte para funcionar. En efecto, el cuerpo de la planta es ese sistema de soporte
vital.
Las células y los tejidos del cuerpo vegetal
Las plantas tienen como características comunes el estar constituidos por células eucariontes con
pared celulósica, ser organismos multicelulares con diferenciación de tejidos, poseer clorofila y por
ello realizar fotosíntesis, y tener órganos sexuales complejos.
La capacidad de fijar CO2 atmosférico y la existencia de una pared celular marcan la diferencia
radical que separa a los vegetales de los animales que determinan, en gran medida, su estructura
y funcionamiento.
En el cuerpo de las plantas encontramos
tres sistemas de tejidos, ellos son: el
tejido dérmico, que proporciona una
cubierta externa protectora para todo el
cuerpo de la planta. El tejido vascular,
compuesto por xilema y floema. El
xilema
transporta agua y sales
minerales, mientras que el floema
transporta
azúcares
y
otros
componentes orgánicos desde las
células fotosintéticas (autótrofas) de las
hojas y de los tallos verdes a las células
no fotosintéticas (heterótrofas) de la
planta. Los tejidos vasculares están
rodeados por el sistema de tejido
fundamental.
Las principales diferencias en la
estructura de las hojas, los tallos y las
raíces residen en la distribución relativa
de los sistemas de tejido vascular y
fundamental.
Las células que se encuentran más
frecuentemente en el cuerpo de la planta
son del tipo conocido como parénquima.
En las plantas la fotosíntesis se efectúa
dentro de los cloroplastos; casi todos ellos
se encuentran en las células de las hojas.
Estructura de la Hoja
La estructura de una hoja parece resultar de un compromiso entre tres presiones evolutivas
opuestas: exponer una superficie fotosintética máxima a la luz, conservar agua y, al mismo
tiempo, asegurar el intercambio de gases necesarios para la fotosíntesis.
Las células fotosintéticas de las hojas son células parenquimáticas que forman dos tipos de
tejidos: parénquima en empalizada, constituido por células alargadas ubicadas por debajo de la
superficie superior de la hoja, y parénquima esponjoso, que consiste en células de contorno
irregular situadas en el interior de la hoja y con grande espacios intercelulares. Estos espacios
están llenos de gases, que incluyen vapor de agua, oxígeno y dióxido de carbono. La mayor parte
de la fotosíntesis ocurre en las células en empalizada, que están especializadas en la captación
de la luz.
El parénquima en empalizada y el parénquima esponjoso constituyen el tejido fundamental de la
hoja conocido como mesófilo (que significa en medio de la hoja). Haces vasculares, o venas,
suministran agua y minerales a las células mesofílicas y se llevan los azúcares producidos a otras
partes de la planta.
El mesófilo está envuelto casi herméticamente por las células epidérmicas, cuya superficie
externa está cubierta por la cutícula, recubrimiento ceroso, impermeable, que reduce la
evaporación de agua de la hoja. Las células epidérmicas y la cutícula son transparentes, lo que
permite que la luz atraviese y penetre en las células fotosintéticas.
Estomas
Los gases – oxígeno y dióxido de carbono – entran
y salen de las hojas por difusión a través de
estomas (del griego: boca), que consisten en una
abertura pequeña o poros rodeado por dos células
epidérmicas especializadas, llamadas células
oclusivas, que abren y cierran el poro.
Estos factores ayudan a que la planta logre un
equilibrio entre la necesidad de realizar fotosíntesis
y la de conservar agua. Cuando la disponibilidad
hídrica es suficiente, la apertura se produce por la
presencia de luz o por una baja en la concentración
de CO2 si el agua es escasa, tenderán a
permanecer cerrados ocupando para la fotosíntesis
el CO2 liberado en la respiración, lo que conlleva un
menor crecimiento de la planta.
Cuando las células oclusivas están turgentes, se
arquean, y el orificio se abre. Cuando pierden agua,
se vuelven flácidas y el poro se cierra.
Transpiración
Es la evaporación de agua por la parte aérea de la planta. La transpiración tiene efectos positivos
y negativos:
positivo: le proporciona la fuerza capaz de transportar agua y minerales a las hojas a la parte
superior de la planta
negativo: la transpiración es la mayor pérdida de agua, la cual puede amenazar la supervivencia
de la planta, especialmente en climas muy secos y de altas temperaturas.
Casi toda el agua se pierde por los estomas de las hojas y del tallo, el CO 2 necesario para la
fotosíntesis también difunde a través de los estomas. Por lo tanto, la planta al abrir y cerrar sus
estomas, debe lograr un equilibrio entre la absorción de CO2 y la pérdida de agua.
Cloroplastos
Las células vegetales poseen en su citoplasma a los cloroplastos, organelos compuestos por una
doble membrana que encierra a un medio semifluido, el estroma.
En el estroma se encuentran los tilacoides, que constituyen un tercer sistema de membranas, los
que se apilan formando las granas (que significa granos) al microscopio óptico se observan
como “motas verdes” Algunas de las membranas del tilacoide tienen prolongaciones que
interconectan las granas. . En su interior además encontramos ADN y ribosomas, los que les
otorga autonomía.
Las reacciones de la fotosíntesis que dependen de la luz se efectúan dentro de las membranas
de los tilacoides.
Las etapas de la fotosíntesis
Hace unos 200 años se demostró que se requiere luz para el proceso de fotosíntesis. Ahora se
sabe que en la fotosíntesis pueden distinguirse dos etapas, una sola de las cuales requiere en
forma directa la luz. Cada reacción se lleva cabo en un lugar distinto del cloroplasto, pero las dos
reacciones se acoplan mediante moléculas portadoras de energía.
1. Etapa Luminosa
En las reacciones dependientes de la luz, la clorofila y otras moléculas de las membranas de los
tilacoides capturan energía de la luz solar y convierten una parte de ella en energía química
almacenada en moléculas portadoras de energía ATP (adenosín tri fosfato) y NADPH
(dinucleótido de nicotinamida y adenina fosfato). Estas moléculas se usaran para impulsar la
síntesis de moléculas de almacenamiento de alta energía, como la glucosa., durante las
reacciones independientes de la luz. Como subproducto, se libera gas oxígeno.
Al interior de los cloroplastos, los
pigmentos fotosintéticos se organizan formando
fotosistemas, que son unidades que captan energía lumínica y se encuentran en la membrana
de los tilacoides.
Uno de los pigmentos claves en la captación de la energía, es la molécula de clorofila, que se
encuentra en las membranas de los tilacoides, absorbe intensamente la luz violeta, azul y roja,
pero refleja la verde. Puesto que a nuestros ojos llegan longitudes de onda verdes, vemos a la
clorofila de color verde. Casi todas las hojas se ven verdes porque son ricas en clorofila.
Los tilacoides contienen también otras
moléculas, llamadas pigmentos accesorios que
captan energía luminosa y la transfieren a la
clorofila. Los carotenoides absorben luz azul y
verde y reflejan principalmente la amarilla,
anaranjada o roja, que es lo que vemos; las
ficocianinas absorben la luz verde y amarilla,
por lo que vemos las longitudes de onda azul o
púrpura reflejan.
Dado que todas las longitudes de onda de la
luz son absorbidas en alguna medida, ya sea
por la clorofila, los carotenoides o las
ficocianinas, todas las longitudes de onda
pueden impulsar en cierto grado la fotosíntesis
en las plantas que poseen esos pigmentos
En cada fotosistema, la antena que es un conjunto de pigmentos, que absorben diferentes
longitudes de onda de la luz absorbe gran parte de la energía lumínica, la modifica y la conduce
hacia el centro de reacción, que es donde se encuentra una molécula de clorofila que
desencadena el proceso fotosintético.
1. Las reacciones de la fase dependiente de la luz se inician cuando los fotones de energía
lumínica (luz) estimulan el fotosistema II, ubicado dentro de la membrana tilacoidal del cloroplasto.
Los fotones impactan los pigmentos presentes en la antena y luego son conducidos hacia el centro
de reacción compuesto por una molécula de clorofila. Lo anterior provoca la liberación de un
electrón, que es transferido a otra molécula, transportadora de electrones, la que a su vez lo
transfiere a otra, generándose una cadena de transporte de electrones.
2. Simultáneamente, debido a la estimulación de
la clorofila del centro de reacción, ocurre la
fotólisis del agua (foto = luz, lisis = ruptura),
proceso en el que dos moléculas de agua son
degradadas dando origen a una molécula de
oxígeno, que posteriormente puede ser liberada
al ambiente y a cuatro iones hidrógeno (H+).
3. La cadena de transporte de electrones se acopla al fotosistema I. Cuando la molécula de
clorofila del fotosistema I es estimulada por otro fotón, se genera una nueva cadena de transporte
de electrones, que finalmente produce una sustancia llamada NADPH.
4. Cuando los iones hidrógeno (H+) atraviesan la enzima ATP sintetasa, su energía se usa para
transformar ADP en ATP. El ATP, junto con el NADPH, posteriormente serán usados para
sintetizar glucosa.
2. Etapa independiente de la luz
En las reacciones independientes de la luz, el ATP y el
NADPH formados en la primera etapa Son utilizadas en
las diferentes reacciones químicas que conducen a la
formación de glucosa, proceso que ocurre en el estroma
del cloroplasto. En el ciclo de Calvin, a partir de una serie
de reacciones químicas sucesivas, se sintetizan moléculas
de glucosa a partir de CO2, con la participación de diversas
enzimas. La más importante de ellas se denomina ribulosa
fosfato (rubisco en forma abreviada) y es la enzima que
interviene en la reacción en que se capta el CO2.. Esta
enzima es la proteína más abundante de los vegetales.
Actividades 1
I. Observa detenidamente la imagen y responde las siguientes preguntas.
1. ¿Por qué razón después de un tiempo los ratones de la situación a, sobreviven?
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2. ¿Por qué razón después de un tiempo los ratones
de la situación b, no sobreviven?
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3. ¿Qué función cumple la plantita en la situación a?
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4. Plantea una hipótesis que explique la situación
mostrada en la imagen.
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II.- Observa detenidamente la imagen y responde las siguientes preguntas.
1. Según la imagen ¿cuál (es) serían los reactantes y
los productos?
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2. ¿En qué lugar del cloroplasto se lleva a cabo la
etapa a y b de la fotosíntesis?
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3. ¿Cuál es la molécula responsable en el proceso
de formación del oxígeno molecular?
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4. ¿Qué es el NADPH y ATP?, ¿Cuál es su función
en este proceso?
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III. Preguntas de comprensión:
1. ¿Por qué se ve verde la hoja de un árbol?
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2. ¿Qué longitudes de onda son más efectivas en la fotosíntesis?
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3. ¿En qué se diferencian las etapas de la fotosíntesis?
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IV. Observa la imagen y responde las siguientes preguntas
1. Si el agua entra y sale de las células oclusivas por osmosis,
¿Cómo debiera ser la concentración de sales al interior de
estas, en a y en b?
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2. En relación con lo anterior, ¿de que crees que depende la
Apertura y cierre de los estomas?
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3. Si la planta está en un medio donde el agua escasea ¿Qué ocurrirá con las estomas? ¿Qué
importancia tiene esto?
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IV. La imagen representa un fragmento de la membrana del tilacoide, obsérvala y responde las
siguientes preguntas:
1. ¿Qué representa la estructura señalada con el Nº 1? ¿Cuál es su composición e importancia en
el proceso fotosintético?
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2. ¿Qué nombre recibe el proceso representado en el Nº2 y qué lo provoca?
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3. ¿En qué condición se encuentra la molécula representada con el Nº 3 y cuál es su importancia
en el proceso fotosintético?
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4. ¿Qué estructura representa la imagen señalada con el Nº4 y cuál es su función?
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5. ¿Cuál es la importancia de la cadena transportadora de electrones para el proceso
fotosintético?
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6. ¿Qué nombre recibe la estructura señalada con el Nº 6 y cuál es su función?
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