1 PARA MIS ALUMNOS DE Primero Medio

Estimados alumnos: Los esquemas en las pginas 14 a 17 son slo ilustrativos y no necesitan ser memorizados

Preparando la Prueba Final

Revisa tambin tu Texto del Estudiante

La Fotosntesis!

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La fotosntesis es el proceso que mantiene la vida en nuestro

planeta

Los organismos auttrofos, como las plantas terrestres, las algas

de agua dulce o las que habitan en los ocanos realizan este

proceso de transformacin de la materia inorgnica en materia

orgnica y al mismo tiempo convierten la energa luminosa solar

en energa qumica.

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Todos los organismos hetertrofos dependen de estas conversiones

energticas y de materia para vivir. Adems, los organismos fotosint-

ticos eliminan oxgeno al ambiente, del cual tambin depende la

mayora de los seres vivos de este planeta

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Para realizar la fotosntesis las plantas disponen de un

pigmento de color verde llamado clorofila que es el encargado

de absorber la luz adecuada para realizar este proceso.

Adems de las plantas, la fotosntesis tambin la realizan las

algas verdes y ciertos tipos de bacterias. Estos seres capaces

de producir su propio alimento se conocen como auttrofos.

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La fotosntesis ocurre en organelos llamados cloroplastos, que se encuentran en clulas fotosintticas, es decir, en clulas de productores expuestas al sol. En plantas terrestres estas clulas estn en hojas y tallos verdes (los tallos leosos tienen clulas muertas que forman la corteza). Existen tambin algas fotosintticas que no poseen cloroplastos, pues son organismos unicelulares procariontes (sin ncleo verdadero ni compartimientos celulares) y tambin realizan la fotosntesis. Estas clulas, llamadas cianfitas o algas verde azules, son seguramente muy similares a los primeros organismos fotosintticos que habitaron nuestro planeta y realizan la fotosntesis en prolongaciones de su membrana plasmtica y en su citoplasma.

El proceso de fotosntesis ocurre en 2 etapas, la primera, llamada etapa fotodependiente, o fase luminosa, ocurre slo en presencia de luz y la segunda, llamada etapa bioqumica, Fase oscura o ciclo de Calvin, ocurre de manera independiente de la luz. Pero antes de comenzar a estudiar ambas etapas es conveniente ver algunas caractersticas de los cloroplastos que permiten la captacin de energa lumnica. En principio, los cloroplastos tienen pigmentos que son molculas capaces de "capturar" ciertas cantidades de energa lumnica . Dentro de los pigmentos ms comunes se encuentra la clorofila a y la clorofila b, tpica de plantas terrestres, los carotenos, las xantfilas, ficoeritrinas y ficocianinas, cada uno de estos ltimos caracterstico de ciertas especies. Cada uno de estos pigmentos se "especializa" en captar cierto tipo de luz.

Dnde y cmo ocurre la Fotosntesis?

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Como sabemos el espectro lumnico que proviene del sol se puede descomponer en diferentes colores a travs de un prisma, cada color corresponde a una cierta frecuencia de vibracin de la luz, que puede medirse tambin en longitudes de onda. Cada pigmento puede capturar un tipo distinto de longitud de onda.

En el grfico se muestran los espectros de absorcin de la clorofila (a y b), carotenos, ficoeritrina y ficocianina. Como puede observarse cada pigmento tiene un pick de absorcin caracterstico. Pero para hacer ms eficiente la absorcin de luz las plantas utilizan sistemas "trampa" o fotosistemas, con un pigmento principal como la clorofila a o b y diferentes pigmentos accesorios. A travs de estos sistemas, los auttrofos pueden aprovechar mejor la energa lumnica.

Como puede observarse cada pigmento tiene un pick de absorcin caracterstico.

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Los fotosistemas cuentan con un centro de reaccin ocupado generalmente por clorofila a o b en las plantas terrestres, hacia donde es dirigida la energa lumnica, como se ver a continuacin. Antes de comenzar a describir los reacciones qumicas que ocurren en la etapa fotodependiente es conveniente ubicarnos espacialmente en el lugar de la planta donde ocurren. Como ya hemos dicho, los cloroplastos se ubican en las clulas expuestas a la luz, es decir, aqullas partes de la planta que son fotosintticamente activas.

En el caso de las plantas superiores la fotosntesis ocurre principalmente en las hojas, y dentro de stas, en cloroplastos ubicados en clulas del parnquima, que es uno de los tejidos de la hoja. Las hojas, adems, poseen pequeas abertura o "estomas", formadas por clulas que pueden agrandar o cerrar la abertura y que permiten, de este modo, regular la entrada o salida de agua y gases, como el oxgeno y dixido de carbono.

Estomas Clulas del Parenquima

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A diferencia de los animales, que necesitan digerir alimentos ya elaborados, las plantas y algas verdes, son capaces de producir sus propios alimentos a travs de un proceso qumico llamado fotosntesis.

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La fotosntesis es un proceso que transforma la energa de la

luz del sol en energa qumica. Consiste en la elaboracin de

azcar (Glucosa) y oxgeno a partir del C02 ( dixido de carbono) y agua con la ayuda de la luz solar.

Dixido de Carbono Agua Glucosa Oxgeno

Es un proceso complejo, mediante el cual los seres vivos poseedores de clorofila y otros pigmentos, captan energa luminosa procedente del sol y la transforman en energa qumica (ATP) y en compuestos reductores (NADPH), y con ellos transforman el agua y el CO2 en compuestos orgnicos reducidos (glucosa y otros), liberando oxgeno.

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Si, claro, en las hojas, pero en que parte de las hojas?

Agua

Glucosa

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Estn formados por un sistema de membranas interno en donde se encuentran ubicados los sitios en que se realiza cada una de las partes del proceso fotosinttico. En los Tilacoides la Fase Luminosa y en el Estroma la Fase Oscura

Los cloroplastos Dentro de las clulas de las hojas estn unos organelos llamados Cloroplastos All ocurren las 2 Fases de la Fotosntesis

Un Cloroplasto

Vista microscpica de una hoja Clulas

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Revisa la estructura interna de un Cloroplasto y observa sus relaciones. Reconoce las siguientes partes: Membranas externa e interna Estroma Granas Tilacoides Lamelas

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Estroma: es la cavidad interna del cloroplasto. Est compuesta por enzimas implicadas en la fotosntesis (proceso mediante el cual la energa de la luz se convierte en molculas orgnicas) y por aquellas que regulan y controlan la replicacin, transcripcin y traduccin del material gentico del cloroplasto. Contiene, adems, un ADN tipo procarionte (clula sin ncleo diferenciado), circular y desprovisto de protenas; ARN y ribosoma, que le da al cloroplasto la capacidad de sintetizar algunas protenas estructurales (es decir, que sirvan para formar estructuras tales como la membrana celular) y enzimticas del cloroplasto.

Tilacoides: son sacos aplanados agrupados como pilas de monedas. Estas pilas se denominan granas. La membrana de los tilacoides contiene los pigmentos fotosintticos (clorofila y carotenoides), la cadena transportadora de electrones (conjunto de molculas que conduce un electrn hasta el final de la cadena para retirarle la energa de la que dispone) y la enzima ATP sintetasa, entre otros. Grana: Conjunto de tilacoides

Envoltura: est formada por dos membranas: una externa muy permeable y otra interna lisa y sin crestas, menos permeable que la externa.

El cloroplasto es un tipo de plastidio que se encuentra exclusivamente en las clulas vegetales fotosintticas. Su estructura est compuesta por:

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En la membrana de los tilacoides se ubican los pigmentos fotosintticos, que pueden captar la energa lumnica y dar comienzo a la etapa fotodependiente.

La clorofila y otros pigmentos se ubican en los cloroplastos, dentro de la membrana del tilacoide, en unidades llamadas fotosistemas. Cada unidad tiene numerosas molculas de pigmentos que se utilizan como antenas para atrapar la luz. Cuando la energa lumnica es absorbida por uno de los pigmentos, se desprenden electrones que rebotan en el fotosistema hasta llegar al centro de reaccin, la clorofila a. El fotosistema que reacciona primero ante la presencia de luz es el fotosistema I.

La estructura de la membrana tilacoide permite que los electrones, provenientes de la exitacin fotoqumica de la clorofila sean recibidos por molculas especializadas, llamadas aceptores, que sufren sucesivamente reacciones de xido-reduccin y transportan los electrones hasta un aceptor final, la coenzima NADP (nicotinamida adenina dinucletido fosfato) .

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En los Tilacoides ocurre la Fase luminosa de la Fotosntesis en tanto que en el Estroma ocurre la Fase Oscura

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NADPH = Nicotinamida(N) adenina(A) di(D) fosfato(P) hidrogenado o reducido(H) 2 ATP = Adenosin (A) Tri (T) Fosfato(P) fosfato es P por venir del ingls Phosfate (o Adenosina) 3

La fotosntesis consta de dos etapas: una que depende de la luz, etapa fotodependiente y otra que no, etapa fotoindependiente o enzimtica. En la primera etapa se capta energa lumnica y se utiliza para obtener dos molculas ricas en energa: el NADPH y el ATP. stas se utilizan para fijar el carbono del dixido de carbono atmosfrico en la molcula de glucosa, durante la segunda etapa.

Para que se lleve a cabo la produccin de ATP (energa qumica) y se reduzca la coenzima NADP a NADPH, es necesario que reaccione otro fotosistema asociado, el fotosistema II. En este se produce tambin la excitacin fotoqumica de la clorofila, que libera electrones. Los electrones son transferidos de un aceptor a otro a travs de una cadena de transporte que los gua hasta el fotosistema I, quedando de este modo restablecida la carga electroqumica de esta molcula. Simultneamente, en el fotosistema II se produce la lisis o ruptura de una molcula de agua. Este proceso, tambin llamado fotooxidacin del agua, libera electrones, que son capturados por el fotosistema II, oxgeno, que es liberado a la atmsfera a travs de los estomas, y protones, que quedan retenidos en el espacio intratilacoideo.

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Fase luminosa de la fotosntesis. La fase luminosa o fotoqumica puede presentarse en dos modalidades: con Transporte Acclico de electrones o con Transporte Cclico de electrones. En la acclica se necesitan los dos fotosistemas: PS I y PS II . En la cclica slo el fotosistema I. PSI

La fase luminosa acclica (no cclica) se inicia con la llegada de fotones al fotosistema II. (PS II). Excita a su pigmento diana P680 que pierde tantos electrones como fotones absorbe. Tras esta excitacin existe un paso continuo entre molculas capaces de ganar y perder esos electrones.

Para reponer los electrones que perdi el pigmento P680 se produce la hidrlisis del agua (fotlisis del agua), desprendiendo oxgeno. Este proceso se realiza en la cara interna de la membrana de los tilacoides.

fotones

No necesitas memorizar el esquema, slo debe darte una idea del proceso ocurrido

En resumen en la fase luminosa acclica: 1. Se rompe la molcula de agua. 2. Se produce el poder reductor del NADPH a

partir de los protones (H+) obtenidos del agua 3. Se produce una cadena de transporte de

electrones (e-) 4. Se produce ATP que da energa a la clula 5. Se libera O2 a la atmsfera

Transporte Acclico

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En la fase luminosa cclica slo interviene el PS I, crendose un flujo o ciclo de electrones que, en cada vuelta, da lugar a sntesis de ATP. No hay fotolisis del agua y tampoco se genera NADPH, ni se desprende oxgeno. Su finalidad es generar ms ATP imprescindible para realizar la fase oscura posterior.

Los fotones tambin inciden en el PS I; la clorofila P700 pierde dos electrones que son captados por aceptores sucesivos. Los electrones que la clorofila pierde son repuestos por la Plastocianina que lo recibe del citocromo b-f Al final los electrones pasan a la enzima NADP reductasa y se forma NADPH (fotorreduccin del NADP).

Los electrones son introducidos en el interior del tilacoide por el citocromo b-f y crean una diferencia de potencial electroqumico a ambos lados de la membrana. Esto hace salir protones a travs de las ATP sinteteasas con la consiguiente sntesis de ATP que se acumula en el estroma (fosforilacin del ADP).

Fase luminosa Cclica

No necesitas memorizar los esquemas, slo deben darte una idea de los procesos ocurridos

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Fase oscura de la fotosntesis o Ciclo de Calvin. En la fase biosinttica se usa la energa (ATP y NADPH), obtenidos en la fase luminosa para sintetizar materia orgnica a partir de inorgnica. La fuente de carbono es el CO2, la fuente de nitrgeno son los nitratos y nitritos y la de azufre los sulfatos.

No necesitas memorizar este esquema

En esta fase, el hidrgeno formado en la fase anterior se suma al dixido de carbono gaseoso (CO2) presente en el aire, dando como resultado la produccin de compuestos orgnicos, principalmente carbohidratos; es decir, compuestos cuyas molculas contienen carbono, hidrgeno y oxgeno. Dicho proceso se desencadena gracias a una energa almacenada en molculas de ATP que da como resultado el carbohidrato llamado glucosa (C6H12O6), un tipo de compuesto similar al azcar, y molculas de agua como desecho. Despus de la formacin de glucosa, ocurre una secuencia de otras reacciones qumicas que dan lugar a la formacin de almidn y varios carbohidratos ms. A partir de estos productos, la planta elabora lpidos y protenas necesarios para la formacin del tejido vegetal, lo que produce el crecimiento. El proceso de sntesis de compuestos de carbono fue

descubierta por Melvin Calvin y por ello se llama el ciclo

de Calvin.

En esta fase se fija el dixido de carbono atmosfrico, que fue introducido en el vegetal por los estomas de las hojas, a compuestos existentes en el estroma del cloroplasto y que conducen a la sntesis de materia orgnica compleja: pentosas, hexosas (glucosa), disacridos, (sacarosa), polisacridos (almidn), cidos grasos (lpidos) y aminocidos (protenas).

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Balance energtico de la fotosntesis: La fase luminosa de la fotosntesis produce ATP y NADPH. Si se sintetiza una molcula de glucosa (C6H12O6) se necesitan 6 CO2 y 6 H2O. El agua libera 6 O2 a la atmsfera y aporta 12 hidrgenos de la glucosa y los 12 hidrgenos necesarios para pasar los 6 O2 sobrantes del CO2 a Agua. Intervienen 24 Hidrgenos. Aparecen as 24 protones y 24 electrones y, como cada electrn precisa dos fotones (uno en el PS. I y otro en el PS. II), se necesitan 48 fotones. El ciclo de Calvin necesita por cada CO2 incorporado, 2 NADPH y 3 ATP. Para una molcula de glucosa se necesitan 12 NADPH y 18 ATP.

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La fotosntesis es un proceso bioqumico muy importante de la Biosfera por varios motivos: 1. La sntesis de materia orgnica a partir de la inorgnica se realiza fundamentalmente mediante la fotosntesis; luego ir pasando de unos seres vivos a otros mediante las cadenas trficas, para ser transformada en materia propia por los diferentes seres vivos. 2. Produce la transformacin de la energa luminosa en energa qumica, necesaria y utilizada por los seres vivos 3. En la fotosntesis se libera oxgeno, que ser utilizado en la respiracin aerobia como oxidante. 4. La fotosntesis fue causante del cambio producido en la atmsfera primitiva, que era anaerobia y reductora y la convierte en aerobia y oxidante. 5. De la fotosntesis depende tambin la energa almacenada en combustibles fsiles como carbn, petrleo y gas natural. 6. El equilibrio necesario entre seres auttrofos y hetertrofos no sera posible sin la fotosntesis.

Importancia biolgica de la fotosntesis

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Intensidad luminosa [W/ m2]

Tasa de fotosntesis

0 0

250 33

500 50

750 55

1000 56

Se hace incidir luz a diferentes intensidades sobre una planta y se mide la cantidad de fotosntesis que esta realiza, obtenindose esta Tabla:

1. Qu variable se est estudiando? Grafica la Tabla y analiza

2. Al superar los 500 [W/m2] qu se puede observar y qu explicacin daras? 3. Cual es el primer factor que afecta a la Fotosntesis? 4. Explica la influencia de la Intensidad luminosa en la fotosntesis.

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Temperatura [C]

Tasa de fotosntesis

0 12

10 18

20 40

30 85

40 26

Otro factor que afecta el rendimiento fotosinttico de una planta es la temperatura. 1. Construye el grfico en tu cuaderno y responde lo siguiente: 2. En qu forma crees que influye este factor? Aumenta constantemente con la temperatura? 3. Por qu crees que ocurre as? (Recuerda que los seres vivos estamos hechos de protenas )

4. Qu ocurrir si la temperatura se reduce por debajo de 0C

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Helifilas: afinidad por zonas con iluminacin directa.

Tipos de plantas segn afinidad con la luz:

Fotfilas: afinidad por lugares iluminados, pero de forma indirecta.

Escifilas: afinidad por lugares sombreados.

El sorgo es resistente a las altas temperaturas y en consecuencia a las sequas por lo cual se cultiva en zonas ridas de calor extremo.

Haya: rbol de hasta 35 metros, de madera muy apreciada y que crece en Europa; traida a Amrica, abunda en pases de clima templado.

Observa y analiza los grficos. Qu efecto tienen las variables estudiadas en la fotosntesis? Explica el efecto de la concentracin de CO2

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Factores que influyen en la actividad de la fotosntesis El rendimiento de la actividad fotosinttica es influenciado por varios factores. Los ms importantes son:

- Intensidad luminosa. - En general, a mayor intensidad luminosa, mayor actividad fotosinttica. Pero, cada

especie est adaptada a unos niveles de iluminacin ptima, de intensidad variable. Si se superan esos niveles, se llega a la saturacin lumnica e, incluso, podran deteriorarse los pigmentos fotosintticos.

- Por otro lado, tambin influye el color de la luz: el mejor es el que absorbe (y no refleja) la clorofila.-

- Temperatura. - Como norma general, a mayor temperatura, mayor actividad fotosinttica, hasta

que se llega a un mximo, superado el cual se pueden desnaturalizar algunas enzimas. La temperatura ptima variar de unas especies a otras.-

- Concentracin de CO2. - A mayor concentracin de CO2 mayor actividad fotosinttica, hasta que se llega a

un punto en el que se estabiliza.-

- Concentracin de O2. - Al aumentar la concentracin de O2 baja el rendimiento de la fotosntesis debido a

la fotorrespiracin.