LICEO BICENTENARIO DE EXCELENCIA TÉCNICO PUENTE ÑUBLE UNIDAD TÉCNICO PEDAGÓGICA Guía de aprendizaje: fotosíntesis Objetivo: profundizar los conocimientos relacionados a la fotosíntesis, desde lo básico a lo avanzado. Resumen: La fotosíntesis es un proceso físico-químico por el cual plantas, algas, bacterias fotosintéticas y algunos protistas como diatomeas utilizan la energía de la luz solar para sintetizar compuestos orgánicos. Se trata de un proceso fundamental para la vida sobre la tierra y tiene un profundo impacto sobre la atmósfera y el clima terrestres: cada año los organismos con capacidad fotosintética convierten en carbohidratos más del 10% del dióxido de carbono atmosférico. El conocimiento básico de este proceso es esencial para entender las relaciones entre los seres vivos y la atmósfera, así como el balance de la vida sobre la tierra. ¿Qué aprender sobre fotosíntesis? Naturalmente, todo. Pero en cualquier proceso y etapa educativa, todo no se aprende de inmediato. Quizá la verdadera novedad e innovación en un proceso de aprendizaje consista en entender, para empezar, de dónde salen las cosas y qué significan. ¿Por qué las hojas son verdes? Es increíble, pero menos del 5 % de la energía que emite el sol se utiliza en la fotosíntesis. En las plantas, el proceso de fotosíntesis se desarrolla en los cloroplastos de las células vegetales. Este órgano contiene el pigmento llamado clorofila (pigmento verde) que se encarga de absorber la luz del sol. Las plantas contienen tanto clorofila a, que absorbe principalmente luz roja y violeta, como la clorofila b, que absorbe luz roja y azul. Ambos tipos de clorofila reflejan la luz verde, este es el motivo de por qué las hojas son verdes. La clorofila b y los carotenoides (otro pigmento en los cloroplastos) son pigmentos accesorios. Los cloroplastos, que contienen la clorofila, están en membranas llamadas tilacoides. La fotosíntesis: un proceso de 2 pasos El proceso de la fotosíntesis se realiza en dos pasos, la reacción dependiente de la luz y la reacción independiente de la luz. La reacción dependiente de la luz (se necesita luz) se lleva a cabo en los tilacoides y convierte la luz en energía química. La energía química que se produce en la reacción dependiente de la luz se usa para fijar el CO2 y reducirlo a carbohidratos, que es la reacción independiente de la luz o ciclo de Calvin. Este ciclo se lleva a cabo en el estroma del cloroplasto. Los productos de estas reacciones son la glucosa, que es usado por la planta, y el oxígeno, que es liberado a la atmosfera a través de los estomas. La ecuación general de la fotosíntesis es: Las plantas se diferencian por la forma que utilizan para fijar el CO2; como resultado, se pueden clasificar las reacciones independientes de la luz como vía C3, vía C4 y vía CAM. Las plantas C3 están adaptadas a climas templados y las plantas C4 están adaptadas a climas cálidos y secos. Las plantas CAM son principalmente cactus; estas abren los estomas durante la noche para reducir la pérdida de agua por transpiración. Fotosíntesis fase luminosa Los hechos que ocurren en la fase luminosa de la fotosíntesis se pueden resumir en estos puntos: 1. Síntesis de ATP o fotofosforilación que puede ser: o acíclica o abierta o cíclica o cerrada 2. Síntesis de poder reductor NADPH 3. Fotolisis del agua Los pigmentos presentes en los tilacoides de los cloroplastos se encuentran organizados en fotosistemas (conjuntos funcionales formados por más de 200 moléculas de pigmentos); la luz captada en ellos por pigmentos que hacen de antena, es llevada hasta la molécula de "clorofila diana" que es la molécula que se oxida al liberar un electrón, que es el que irá pasando por una serie de transportadores, en cuyo recorrido liberará la energía. Existen dos tipos de fotosistemas, el fotosistema I (FSI), está asociado a moléculas de clorofila que absorben a longitudes de ondas largas (700 nm)y se conoce como P700. El fotosistema II (FSII), está asociado a moléculas de clorofila que absorben a 680 nm. por eso se denomina P680. La luz es recibida en el FSII por la clorofila P680 que se oxida al liberar un electrón que asciende a un nivel superior de energía; ese electrón es recogido por una sustancia aceptora de electrones que se reduce, la Plastoquinona (PQ) y desde ésta va pasando a lo largo de una cadena transportadora de electrones, entre los que están varios citocromos (cyt b/f) y así llega hasta la plastocianina (PC) que se los cederá a moléculas de clorofila del FSI. En el descenso por esta cadena, con oxidación y reducción en cada paso , el electrón va liberando la energía que tenía en exceso; energía que se utiliza para bombear protones de hidrógeno desde el estroma hasta el interior de los tilacoides, generando un gradiente electroquímico de protones. Estos protones vuelven al estroma a través de la ATP-asa y se originan moléculas de ATP. El fotosistema II se reduce al recibir electrones procedentes de una molécula de H2O, que también por acción de la luz, se descompone en hidrógeno y oxígeno, en el proceso llamado fotólisis del H2O. De este modo se puede mantener un flujo continuo de electrones desde el agua hacia el fotosistema II y de éste al fotosistema I. En el fotosistema I la luz produce el mismo efecto sobre la clorofila P700, de modo que algún electrón adquiere un nivel energético superior y abandona la molécula, es recogido por otro aceptor de electrones, la ferredoxina y pasa por una nueva cadena de transporte hasta llegar a una molécula de NADP+ que es reducida a NADPH,al recibir dos electrones y un protón H+ que también procede de la descomposición del H2O Fotosíntesis Fase oscura En esta fase, se va a utilizar la energía química obtenida en la fase luminosa, en reducir CO2, Nitratos y Sulfatos y asimilar los bioelementos C, H, y S, con el fin de sintetizar glúcidos, aminoácidos y otras sustancias. Las plantas obtienen el CO2 del aire a través de los estomas de sus hojas. El proceso de reducción del carbono es cíclico y se conoce como Ciclo de Calvin., en honor de su descubridor M. Calvin. Descripción general del ciclo de Calvin En las plantas, el dióxido de carbono entra al interior de las hojas a través de unos poros llamados estomas y se difunde hacia el estroma del cloroplasto, el sitio en el cual se producen las reacciones del ciclo de Calvin, donde se sintetiza el azúcar. Estas reacciones también se llaman reacciones independientes de la luz, porque la luz no las causa directamente. En el ciclo de Calvin, los átomos de carbono del CO2 se fijan (se incorporan a moléculas orgánicas) y se utilizan para formar azúcares de tres carbonos. Este proceso es estimulado por el ATP y NADPH que provienen de las reacciones luminosas, y depende de ellos. A diferencia de las reacciones dependientes de la luz, que ocurren en la membrana tilacoidal, las reacciones del ciclo de Calvin ocurren en el estroma (espacio interior de los cloroplastos). Esta ilustración muestra que el ATP y NADPH producidos en las reacciones dependientes de la luz se utilizan en el ciclo de Calvin para producir azúcar. Reacciones del ciclo de Calvin Las reacciones del ciclo de Calvin se pueden dividir en tres etapas principales: fijación de carbono, reducción y regeneración de la molécula de partida. A continuación, un esquema general del ciclo: LA GLUCOSA es el alimento de la planta y la materia prima que sirve para la formación de otras sustancias que esta necesita. La glucosa, formada en los cloroplastos de las hojas y tallos, es transportada a todas las células de la planta en la denominada savia elaborada, que viaja por los tallos. La glucosa se almacena en la planta, en forma de almidón, principalmente en tallos y raíces, para que esta la pueda utilizar en el corto, mediano y largo plazo.
