GUÍA DE BIOLOGÍA: FOTOSÍNTESIS Nivel: 1° Medio Todos los ...
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<strong>GUÍA</strong> <strong>DE</strong> <strong>BIOLOGÍA</strong>: <strong>FOTOSÍNTESIS</strong> <strong>Nivel</strong>: <strong>1°</strong> <strong>Medio</strong><br />
<strong>Todos</strong> <strong>los</strong> seres vivos incorporan continuamente sustancias químicas del medio para<br />
desarrollar sus diferentes procesos vitales. En el caso de organismos autótrofos, como las<br />
plantas, las algas y algunas bacterias (cianobacterias), el proceso fundamental de su<br />
nutrición es la fotosíntesis.<br />
Este proceso consiste en una serie de reacciones químicas en las que se utilizan sustancias<br />
inorgánicas presentes en el ambiente: agua (H 2 O) y dióxido de carbono (CO 2 ). Para la<br />
ocurrencia de estas reacciones se necesita energía lumínica, la cual es transformada en<br />
energía química por <strong>los</strong> organismos fotosintéticos.<br />
En la fotosíntesis se producen dos sustancias imprescindibles para <strong>los</strong> seres vivos del<br />
ecosistema. Una de las sustancias producidas en la fotosíntesis es el oxígeno (O 2 ), que se<br />
libera a la atmósfera. Este gas está íntimamente relacionado con el proceso de respiración<br />
celular que realizan todos <strong>los</strong> seres vivos aeróbicos. La otra sustancia fundamental<br />
producida en la fotosíntesis es la glucosa (C 6 H 12 O 6 ), una molécula de alto valor energético<br />
a partir de la cual se originan otras biomoléculas indispensables para <strong>los</strong> organismos, como<br />
proteínas, lípidos y otros glúcidos (como el almidón). Estas biomoléculas, derivadas de la<br />
fotosíntesis, son la base de la nutrición de <strong>los</strong> heterótrofos.<br />
Los organismos fotosintéticos tienen nutrición autótrofa, ya que son capaces de sintetizar<br />
<strong>los</strong> nutrientes necesarios para sus procesos vitales. Para llevar a cabo este proceso, estos<br />
organismos requieren estructuras especializadas.<br />
En el caso de algas y plantas, el organelo celular en el que se realiza este proceso es el<br />
cloroplasto.<br />
Los cloroplastos se componen de una doble<br />
membrana, en cuyo interior, o estroma, se<br />
encuentran discos membranosos llamados tilacoides,<br />
que al agruparse forman una estructura denominada<br />
grana.<br />
En el interior de <strong>los</strong> cloroplastos hay un pigmento<br />
fundamental para que la fotosíntesis se lleve a cabo,<br />
llamado clorofila. Otros pigmentos fotosintéticos<br />
importantes son <strong>los</strong> carotenoides (tonalidades<br />
anaranjadas) y las xantófilas (color amarillo).<br />
En general, se considera que las hojas son el<br />
principal órgano fotosintético de la planta. Sin<br />
embargo, <strong>los</strong> tal<strong>los</strong> verdes y <strong>los</strong> sépa<strong>los</strong> de las flores<br />
son tejidos fotosintéticamente activos,<br />
debido a que poseen cloroplastos con clorofila.<br />
Ingreso del agua (H 2 O) y del dióxido de carbono<br />
(CO 2 ) a la planta<br />
En el caso del agua, esta ingresa por las raíces y luego es transportada hacia las hojas por<br />
conductos formados por un tejido llamado xilema. El dióxido de carbono, que es un gas<br />
presente en la atmósfera, ingresa a través de las hojas por unos poros llamados estomas.<br />
Los estomas están formados por unas células llamadas células oclusivas o guardianes y<br />
permiten el intercambio de vapor de agua y otros gases entre la planta y su medio.
Las células guardianes experimentan cambios en su<br />
forma y volumen determinando así la apertura o cierre<br />
de <strong>los</strong> estomas. Cuando la concentración de sales al<br />
interior de las células guardianes es mayor que fuera de<br />
estas, el agua ingresa a ellas por osmosis, provocando<br />
que se hinchen y se cierre así el estoma. Por el contrario,<br />
cuando la concentración de sales es mayor fuera de las<br />
células guardianes, el agua sale de estas y el estoma se<br />
abre, permitiendo que el CO 2 presente en la atmósfera<br />
ingrese al interior de la hoja.<br />
En condiciones normales, <strong>los</strong> estomas de la mayoría de<br />
las plantas están abiertos durante el día y cerrados<br />
durante la noche. La salida de agua por <strong>los</strong> estomas se<br />
denomina transpiración. Es importante mantener<br />
hidratadas las plantas, ya que, cuando la cantidad de agua no es suficiente, <strong>los</strong> estomas se<br />
cierran, impidiendo la entrada de CO 2 . Si esta situación se mantiene en el tiempo, la planta<br />
puede morir.<br />
Las plantas de <strong>los</strong> desiertos son diferentes a las que habitan regiones con climas más<br />
húmedos. Se caracterizan, por ejemplo, por sus hojas, a<br />
veces en forma de espinas, y porque generalmente son<br />
pequeñas. Muchas plantas del desierto son suculentas, es<br />
decir, almacenan agua en sus hojas o raíces. Los cactus<br />
son plantas de este tipo. Para sobrevivir, una planta<br />
suculenta absorbe grandes cantidades de agua en períodos<br />
cortos, por lo que casi todas poseen raíces extensas y<br />
superficiales. Además, las suculentas utilizan el agua de<br />
una forma muy eficiente, por ejemplo, las hojas de la<br />
mayoría de ellas tienen cutículas cerosas que las hacen casi<br />
impermeables cuando sus estomas están cerrados. Por otra<br />
parte, la mayoría de las suculentas poseen hojas espinosas<br />
o tóxicas, por lo que <strong>los</strong> animales evitan comerlas. Desde<br />
el punto de vista de la fotosíntesis, muchas suculentas abren sus estomas durante la noche y<br />
captan el dióxido de carbono. En el día, mientras <strong>los</strong> estomas están cerrados, la fotosíntesis<br />
se realiza usando el dióxido de carbono ya incorporado.<br />
Otra adaptación de las plantas del desierto es su capacidad para tolerar largos períodos de<br />
sequía, durante <strong>los</strong> cuales inactivan sus procesos vitales. Las raíces de <strong>los</strong> arbustos y<br />
árboles tolerantes a la sequía son muy extensas, y se caracterizan por desarrollarse a mayor<br />
profundidad, lo que les permite absorber el agua almacenada en las capas profundas del<br />
suelo.<br />
Otras plantas son capaces de sobrevivir a las condiciones desfavorables del desierto,<br />
produciendo sus semillas y muriendo antes de la llegada del período más seco. La mayoría<br />
de estas semillas germinan solo cuando ha ocurrido una lluvia intensa, y pueden<br />
permanecer en estado de latencia por períodos de hasta diez años.
Fases de la fotosíntesis<br />
1.-Fase primaria o dependiente de luz<br />
luz Transportador<br />
luz<br />
de electrones<br />
Fotosistema I<br />
2H 2 O<br />
Fotolisis del agua<br />
O 2 + 4H +<br />
H + Cadena de transporte de<br />
electrones<br />
H +<br />
2 NADPH<br />
Fotosistema I NADPH + + H +<br />
Al interior de <strong>los</strong><br />
cloroplastos, <strong>los</strong><br />
pigmentos fotosintéticos<br />
se organizan formando<br />
fotosistemas, que son<br />
unidades que captan<br />
energía lumínica y se<br />
encuentran en la<br />
membrana de <strong>los</strong><br />
tilacoides. En cada<br />
fotosistema, la antena,<br />
que es un conjunto de<br />
pigmentos, absorbe gran<br />
parte de la energía<br />
lumínica, la modifica y la<br />
conduce hacia el centro<br />
de reacción, que es donde se encuentra una molécula de clorofila que desencadena el<br />
proceso fotosintético.<br />
Etapas de la fase primaria<br />
a) Las reacciones de la fase dependiente de luz se inician cuando <strong>los</strong> fotones de energía<br />
lumínica (luz) estimulan el fotosistema II, ubicado dentro de la membrana tilacoidal del<br />
cloroplasto. Los fotones impactan <strong>los</strong> pigmentos presentes en la antena (que forma parte del<br />
fotosistema), y luego son conducidos hacia el centro de reacción compuesto por una<br />
molécula de clorofila. Lo anterior provoca la liberación de un electrón, que es transferido<br />
a otra molécula (transportador de electrones), la que a su vez lo transfiere a otra,<br />
generándose una cadena de transporte de electrones. Los Fotones son partículas portadoras<br />
de energía electromagnética. Los electrónes son partículas subatómicas de carga eléctrica<br />
negativa, que se ubican en la corteza del átomo.<br />
b) Simultáneamente, debido a la estimulación de la clorofila del centro de reacción, ocurre<br />
la fotólisis del agua, proceso en el que dos moléculas de agua son degradadas dando origen<br />
a una molécula de oxígeno, que posteriormente puede ser liberada al ambiente, y a cuatro<br />
ATP sintetasa<br />
H +<br />
H +<br />
iones hidrógeno (H+). Es importante destacar que el<br />
oxígeno que se produce en la fotosíntesis proviene de las<br />
moléculas de agua.<br />
c) La cadena de transporte de electrones se acopla al<br />
fotosistema I. Cuando la molécula de clorofila del<br />
fotosistema I es estimulada por otro fotón, se genera una<br />
nueva cadena de transporte de electrones, que finalmente<br />
produce una sustancia llamada NADPH.<br />
d) Cuando <strong>los</strong> iones hidrógeno (H+) atraviesan la enzima<br />
ATP sintetasa, su energía se usa para transformar ADP en<br />
ATP. El ATP, junto con el NADPH, posteriormente serán<br />
usados para sintetizar glucosa. El NADPH es una
molécula con alta capacidad para captar y ceder electrones. El ATP (adenosín trifosfato), es<br />
una molécula fundamental en <strong>los</strong> procesos energéticos de <strong>los</strong> seres vivos. Es un nucleótido<br />
caracterizado por poseer enlaces con un alto valor energético.<br />
2.-Fase secundaria o independiente de luz<br />
En esta etapa, en la que la energía lumínica no es necesaria, las moléculas de ATP y<br />
NADPH, que se sintetizaron en la fase primaria, son utilizadas en las diferentes reacciones<br />
químicas que conducen a la formación de glucosa, proceso que ocurre en el estroma. En el<br />
ciclo de Calvin, a partir de una serie de reacciones químicas sucesivas, se sintetizan<br />
moléculas de glucosa a partir de CO 2 .<br />
En las reacciones químicas que conforman el ciclo de Calvin participan diversas enzimas.<br />
La más importante de ellas se denomina ribu<strong>los</strong>a bifosfato (rubisco, en forma abreviada), y<br />
es la enzima que interviene en la reacción en que se capta CO 2 . Esta enzima es la proteína<br />
más abundante de <strong>los</strong> vegetales.<br />
Balance en la fotosíntesis<br />
En la fotosíntesis ocurren transformaciones de materia y energía. Desde el punto de vista de<br />
la materia, hay una transformación de sustancias simples e inorgánicas, como el dióxido de<br />
carbono y el agua, en sustancias orgánicas y de mayor complejidad como la glucosa.<br />
Asimismo, la fotólisis del agua permite que se libere oxígeno al ambiente.<br />
Una vez que la planta sintetiza glucosa, esta puede utilizarse de variadas formas. Por<br />
ejemplo, la unión de numerosas moléculas de glucosa forma polímeros como el almidón y<br />
la celu<strong>los</strong>a. El almidón es una molécula de alto valor energético, que se almacena en tejidos<br />
de reserva; y la celu<strong>los</strong>a es un constituyente de las paredes celulares y de diversos tejidos<br />
que brindan sostén a la planta.<br />
La ecuación química que resume el proceso de fotosíntesis, que es endergónico (utiliza<br />
energía), es:<br />
Energía lumínica<br />
6 CO 2 + 6 H 2 O C 6 H 12 O 6 + 6 O 2<br />
ACTIVIDAD<br />
I) Formar grupos de 4 alumnos como máximo<br />
II) Contestar en hoja ordenada, sin borrones y con una sola letra.<br />
1.-Defina:<br />
a) nutrición autótrofa<br />
b) tilacoides<br />
c) estroma<br />
d) carotenoides<br />
2.-Explique la importancia de la glucosa para <strong>los</strong> seres vivos<br />
3.- ¿De qué depende la apertura y el cierre de <strong>los</strong> estomas? Explica.<br />
4.-Si una planta está en un medio donde el agua escasea, ¿qué ocurrirá con <strong>los</strong> estomas?,<br />
¿qué importancia tiene esto?
5.-¿Cuáles son las principales adaptaciones de las plantas del desierto?, ¿qué ventajas<br />
representan?<br />
6.-Explica dos de las adaptaciones que poseen las plantas suculentas.<br />
7.- Si una persona utiliza plantas suculentas para un jardín, ¿qué beneficios conllevaría para<br />
el ambiente?<br />
8.- ¿Por qué las plantas suculentas son fundamentales para <strong>los</strong> ecosistemas del desierto?<br />
9.-¿Qué son <strong>los</strong> fotosistemas? ¿cuáles son sus componentes?<br />
10.-Haga una síntesis de la etapa primaria de la fotosíntesis<br />
11.-Explique la importancia de cada una de las siguientes moléculas:<br />
a) NADPH<br />
b) ATP<br />
c) ATP sintetasa<br />
d) Rubisco<br />
e) almidón<br />
f) celu<strong>los</strong>a<br />
12.- Explica si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas. Justifica las falsas.<br />
a) En el ciclo de Calvin ocurre la síntesis de ATP y NADPH.<br />
b) Los estomas son <strong>los</strong> lugares de las hojas en <strong>los</strong> que ocurre la fotosíntesis.<br />
c) Un fotosistema está compuesto por el centro de reacción y por <strong>los</strong> pigmentos<br />
antena.<br />
d) En la fotosíntesis, la fase dependiente de luz se inicia en el fotosistema I.<br />
e) El oxígeno (O2) se forma a partir de la molécula de dióxido de carbono (CO2).<br />
f) La membrana tilacoidal se encuentra ubicada al interior del cloroplasto.<br />
g) La molécula de ATP posee un alto valor energético.<br />
h) La fotosíntesis es un proceso de tipo exergónico.<br />
i) La transpiración consiste en la pérdida de agua por la planta, a través de sus<br />
estomas.