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 Liceo Nº1 Javiera Carrera/Dpto Biología/Profesora Loreto Moya/Guía : Fotosíntesis LICEO Nº1 JAVIERA CARRERA
DEPTO BIOLOGÍA
1º MEDIO
Profesora: Loreto Moya Cid
GUIA DE APOYO: FOTOSÍNTESIS
INTRODUCCIÓN:
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.
1 Liceo Nº1 Javiera Carrera/Dpto Biología/Profesora Loreto Moya/Guía : Fotosíntesis Figura 1 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. Figura 2 2 Liceo Nº1 Javiera Carrera/Dpto Biología/Profesora Loreto Moya/Guía : Fotosíntesis 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.
3 Liceo Nº1 Javiera Carrera/Dpto Biología/Profesora Loreto Moya/Guía : Fotosíntesis 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.
4 Liceo Nº1 Javiera Carrera/Dpto Biología/Profesora Loreto Moya/Guía : Fotosíntesis 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.
Propiedades físicas de la luz
La luz es un ente físico con un comportamiento dual: de onda electromagnética y de
partícula. La luz blanca que llega al planeta tierra está compuesta por un espectro llamado
“espectro de la luz visible”, compuesto por colores que oscilan su percepción visual
dependiendo de su longitud de onda (λ) medida en nanómetros (nm).
La fotosíntesis se aprovecha de la energía que llevan los fotones, las partículas
componentes de la luz. Como la luz fue primero que la vida, los seres vivos capaces de
realizar la fotosíntesis adecuaron sus sistemas para captar la mayor cantidad de
longitudes de onda favorable para el rendimiento del proceso.
Debido a fenómenos que se desconocen hoy en día, las longitudes de onda menos
efectivas para la fotosíntesis corresponden a las cercanas a 550nm, o sea, al verde.
Es por ello que en general las plantas y las colonias de cianobacterias tienen un color
verde, pues reflejan esta longitud de onda y nuestros ojos pueden captarlo.
5 Liceo Nº1 Javiera Carrera/Dpto Biología/Profesora Loreto Moya/Guía : Fotosíntesis La clorofila
Clorofila a
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.
En el esquema se muestra el experimento de Engelmann, Velocidad fotosintética ( número de bacterias/unidad de longitud de onda)en el eje Y, longitud de ondas en el eje X. Se verifica la agrupación de bacterias(estas buscan la presencia de glucosa, como producto de la fotosíntesis) principalmente en las regiones violeta,azul,naranja y roja en donde la fotosíntesis es más activa Los fotosistemas
Se define como fotosistema un complejo proteico enlazado a una molécula de
clorofila, el cual es capaz de captar fotones e iniciar la cascada de eventos
vinculados al transporte de electrones. Se encuentran insertos en la membrana de los
tilacoides
Existen dos fotosistemas:
- El PSII, P680 o fotosistema II, en el cual ocurre la fotólisis del agua.
- El PSI, P700 o fotosistema I, donde se propaga la energía para producir NADPH.
6 Liceo Nº1 Javiera Carrera/Dpto Biología/Profesora Loreto Moya/Guía : Fotosíntesis 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.
Las etapas de la fotosíntesis dependiente de la luz son las siguientes:
1. Un fotón impacta la clorofila del PSII, haciendo que el átomo de magnesio eleve su
nivel de energía y dos de sus electrones “salten” hacia la cadena transportadora de
electrones adyacente. Al mismo tiempo, una molécula de agua es fotolisada para reponer
los electrones perdidos por el magnesio. A causa de eso se libera O2 y H+.
2. Los electrones van avanzando por la cadena transportadora de electrones, llegando a
una proteína llamada plastoquinona.
3. La plastoquinona cede los electrones a un complejo citocromo, para luego cederlos a
una proteína llamada plastoquinina (o plastocinina).
4. Al mismo tiempo que un fotón impactaba el PSII, otro impactaba el PSI, de manera que
el PSI estaba carente de dos electrones. La plastoquinina cede los electrones
transportados y restaura el equilibrio del PSI
5. Los electrones del PSI saltan hacia otra cadena transportadora, concluyendo con
la formación de NADPH.
6. Debido a la fuerza protón-motriz acumulada al interior del tilacoide (causada por la
fotolisis continua del agua) la ATP sintetasa de la membrana tilacoidal sintetiza ATP
hacia el estroma.
7 Liceo Nº1 Javiera Carrera/Dpto Biología/Profesora Loreto Moya/Guía : Fotosíntesis La fotoquímica o dependiente de la luz puede presentarse en dos modalidades: con
transporte acíclico de electrones o con transporte cíclico de electrones. En la acíclica se
necesitan los dos fotosistemas el I y el II. En la cíclica sólo el fotosistema I.
8 Liceo Nº1 Javiera Carrera/Dpto Biología/Profesora Loreto Moya/Guía : Fotosíntesis 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.
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 3fosfogliceraldehido, 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.
9 Liceo Nº1 Javiera Carrera/Dpto Biología/Profesora Loreto Moya/Guía : Fotosíntesis 10 Liceo Nº1 Javiera Carrera/Dpto Biología/Profesora Loreto Moya/Guía : Fotosíntesis 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.
11 Liceo Nº1 Javiera Carrera/Dpto Biología/Profesora Loreto Moya/Guía : Fotosíntesis Los factores que influyen en la Fotosíntesis son :
a)
b)
c)
d)
Temperatura
Intensidad y Longitud de onda de la luz
Concentración de CO2
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
Una forma sencilla, basada en la producción de
oxígeno, se relata en la siguiente experiencia: Se
introduce una ramita ded elodea dentro de untubo
con agua, tal y como se indica en la figura. Al
iluminar la planta, esta realiza la fotosíntesis y se
producen un desprendimiento de burbujas de
oxígeno. Contando las burbujas que se producen por
minutos se puede saber si el rendimiento
fotosintético es mayor o menor en función del factor
que estemos estudiando.
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.
12 Liceo Nº1 Javiera Carrera/Dpto Biología/Profesora Loreto Moya/Guía : Fotosíntesis 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.
13 Liceo Nº1 Javiera Carrera/Dpto Biología/Profesora Loreto Moya/Guía : Fotosíntesis 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.
14 Liceo Nº1 Javiera Carrera/Dpto Biología/Profesora Loreto Moya/Guía : Fotosíntesis ACTIVIDADES
I En relación al proceso fotosintético, COMPLETA las siguientes
aseveraciones:
l.
Completa las siguientes oraciones:
1. El pigmento más abundante en la mayoría de las plantas se llama______________
2. El mineral que forma parte de la clorofila es el______________________________
3. Los pigmentos accesorios sirven para_____________________________________
______________________________________________________________. Dos
Ejemplos de ellos son________________________ y _______________________
4. La clorofila se encuentra en los___________________________, que están dentro
de los organelos llamados______________________________________________
5. La fase oscura de la fotosíntesis se llama ciclo de______________________. Este
comienza al unirse la______________________________con el ______________
6. Del ciclo de Calvin salen moléculas que tienen______ átomos de carbono, llamadas
______________, las cuales se usan para la síntesis de______________________
7. Durante la fase oscura se utiliza el__________ y el____________que han sido
producidos en la fase clara.
8. Los carbonos de la molécula de glucosa, provienen de la molécula de___________
9. El oxígeno que las plantas liberan, proviene de la molécula de________________,
proceso conocido como_______________________________________________
10. El espectro de absorción de la clorofila coincide con el espectro de_____________
de la______________________________________________________________
11. La fotolisis del agua, consiste en la ruptura del_____________ por efecto de
la__________________
12.- Si en el interior de un cloroplasto existe almidón. ¿Cómo se ha producido?
Se ha producido mediante la_____________ de las moléculas de _____________
sintetizada en la_________________
15 Liceo Nº1 Javiera Carrera/Dpto Biología/Profesora Loreto Moya/Guía : Fotosíntesis ll. Señala si son verdaderas o falsas las siguientes afirmaciones. Corrige las falsas.
1. ____ A baja intensidad lumínica, la intensidad de la fotosíntesis es directamente
proporcional a la intensidad lumínica.
2. ____ Todas las reacciones fotosintéticas requieren luz.
3. ____ El O2 se libera en la fase oscura.
4. ____ El agua se rompe en la fase clara.
5.____ Los citocromos participan en la fase oscura.
6. ____ En la fase oscura se realizan reacciones anabólicas.
7. ____ La mayoría de los autótrofos son quimiosintéticos.
8. ____ La luz solar produce la ruptura de las moléculas de agua.
9.____ La clorofila refleja luz roja.
10.____ La intensidad de la fotosíntesis es directamente proporcional a la intensidad
lumínica.
11.____ La intensidad de la fotosíntesis es directamente proporcional a la
temperatura.
ll. RESPUESTA BREVE
1. ¿Dónde se realiza la fase luminosa de la fotosíntesis?
_________________________________________________________________
2. ¿A qué fotosistemas perteneces la clorofila p700 y p680?
_________________________________________________________________
16 Liceo Nº1 Javiera Carrera/Dpto Biología/Profesora Loreto Moya/Guía : Fotosíntesis 3. La figura representa un determinado organelo celular. Indica su nombre e
identifica
Las estructuras rotuladas con números.
1:___________________________
2:___________________________
3:___________________________
4:___________________________
5:___________________________
6:___________________________
5. ¿Cómo se puede definir fotosíntesis?
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
6. ¿Cómo es el ADN presente en los cloroplastos?
__________________________________________________________________
7. El siguiente esquema representa las actividades más importantes de un cloroplasto.
a) ¿Cómo se llaman los procesos indicados por 1 y 2?
b) _________________________________________________________
c) ¿En qué lugar del cloroplastos ocurren estos procesos?
d) _______________________________________________________________
17 Liceo Nº1 Javiera Carrera/Dpto Biología/Profesora Loreto Moya/Guía : Fotosíntesis e) ¿Qué consecuencias importantes tiene la fotosíntesis para los seres vivos?
f) _______________________________________________________________
g) Escribe la ecuación global del proceso de la fotosíntesis:
10. En la siguiente gráfica, se muestran los resultados obtenidos en un experimento,
en que se midió la variación en la cantidad de CO2 consumido en función de la
temperatura. Explica por qué el aumento de temperatura aumenta
de CO2 absorbido y por qué, a partir de los 40ºC, la cantidad de CO2 absorbidos
por las hojas disminuye.
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
III Realiza las actividades del Libro de Biología 1ºMedio Biología, Santillana “Evaluación
del proceso” páginas 107 y 113, podrás ver los resultados al final del libro para tu
autoaprendizaje. ÉXITO EN ESTE RECORRIDO.
18 Liceo Nº1 Javiera Carrera/Dpto Biología/Profesora Loreto Moya/Guía : Fotosíntesis Bibliografía:
Guía didáctica del docente , Biología , 1º Medio, Santillana
Biología 1º Medio, Marenostrum
Guía didáctica para el profesor, Biología 1º Medio ,Pearson
Imágenes extraídas en Paginas de la web
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