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GUÍA DE CONTENIDOS BIOLOGÍA PRIMERO MEDIO UNIDAD III: “Materia y energía en ecosistemas”
OBJETIVOS Describir y explicar las principales estructuras que participan en el proceso de fotosíntesis. Reconocer el mecanismo mediante el cual las plantas realizan la fotosíntesis y explicar que la
fotosíntesis se lleva a cabo en dos etapas: una dependiente y otra independiente de luz. Analizar gráficos de los principales factores ambientales que pueden afectar la actividad
fotosintética de una planta.
I. INTRODUCCIÓN
I. ASPECTOS GENERALES DE LA FOTOSÍNTESIS
NOMBRE: CURSO: FECHA:
Prof. Evelyn Fernández / Prof. Sofía Rivera
Todo organismo está compuesto por células y cada célula necesita energía para su funcionamiento. En la Tierra
existen algunos organismos que pueden captar la energía que proviene de la luz solar y de esta manera, incorporar
energía al ecosistema.
La energía se define como la capacidad de poder realizar un trabajo, y se puede clasificar en dos tipos: la energía
cinética, que es la energía asociada al movimiento; y, la energía potencial, que corresponde a la energía
almacenada en los cuerpos.
Se reconocen dos tipos de organismos, a partir de la forma en que obtienen su energía, los heterótrofos y los
autótrofos. Los organismos heterótrofos corresponden a aquellos que obtienen su energía por medio de la
alimentación (también se denominan consumidores). Los organismos autótrofos son aquellos que tienen la
capacidad de sintetizar su propio alimento, para así obtener energía para sus procesos vitales (también reciben el
nombre de productores y corresponden a las plantas, algas y algunas bacterias).
Los organismos autótrofos tienen gran importancia debido a que son los encargados de incorporar y transformar
la energía de diferentes ecosistemas. Además entregan este nuevo tipo de energía a los demás seres vivos de las
cadenas y tramas tróficas.
La forma en que pueden incorporar y transformar la energía los organismos autótrofos, puede ser por
quimiosíntesis o por fotosíntesís.
La fotosíntesis (del griego photos, luz y syntithenai, producir) es un proceso en el cual la mayoría de las plantas,
algas y cianobacterias utilizan la luz del sol para sintetizar nutrientes. La fotosíntesis es la principal fuente de
incorporación de energía al planeta, y son muchos los ecosistemas, terrestres y acuáticos, que dependen directa o
indirectamente de esta forma de transformación de la energía solar.
Además, se producen dos sustancias imprescindibles para los seres vivos del ecosistema como el oxígeno (O2), que
se libera a la atmósfera. Este gas está íntimamente relacionado con el proceso de respiración celular que realizan
todos los seres vivos aeróbicos. La otra sustancia fundamental que se produce es la glucosa (C6H12O6), una
molécula de alto valor energético a partir de la cual se originan otras biomoléculas indispensables para los
organismos, tales como proteínas, lípidos y otros glúcidos (entre ellos el almidón), estas biomoléculas derivadas de
la fotosíntesis son la base de la nutrición de la mayoría de los seres vivos del planeta.
TEMA: “FOTOSÍNTESIS”
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III. LA FOTOSÍNTESIS, UN PROCESO VITAL
IV. ESTRUCTURAS QUE PARTICIPAN EN LA FOTOSÍNTESIS.
En plantas y en algas, la fotosíntesis se lleva a cabo en unos organelos especializados presentes al interior de las vegetales llamados cloroplastos. En las cianobacterias se realiza en su membrana plasmática.
El dióxido de carbono (CO2) es un gas que los seres
vivos eliminan mediante la respiración y que las
plantas captan del medio e incorporan a través de sus
hojas para realizar la fotosíntesis.
El agua (H2O) es una sustancia inorgánica que las
plantas necesitan para poder llevar a cabo la
fotosíntesis. Es obtenida desde el medio
por las raíces.
El oxígeno (O2) es un gas que la planta libera a la atmósfera
como producto de la fotosíntesis y que la mayoría de
los seres vivos necesita para vivir.
La glucosa (C6H12O6) es un tipo de carbohidrato (azúcar) que
las plantas elaboran en la fotosíntesis. Se almacena principalmente en raíces y
frutos y es utilizada por otros seres vivos (heterótrofos) como la principal fuente de energía.
PLANTAS ALGAS
HOJA
TEJIDO VEGETAL
CLOROPLASTO
S
Célula con cloroplastos
ESTRUCTURA DEL CLOROPLASTO
Espacio intermembrana
El proceso de fotosíntesis consiste en una serie de reacciones químicas en las que se utilizan sustancias inorgánicas presentes en el ambiente: agua (H2O) y dióxido de carbono (CO2). Para que se produzcan estas reacciones se necesita energía lumínica, la cual es transformada en energía química por los organismos fotosintéticos.
Este proceso utiliza la luz del sol como fuente de energía, que luego de una serie de reacciones químicas, la energía lumínica se transforma y es almacenada como energía química en moléculas orgánicas, como la glucosa.
LA SIGUIENTE ECUACIÓN QUÍMICA CORRESPONDE A LA REACCIÓN RESUMIDA DE LA FOTOSÍNTESIS:
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V.TRANSPORTE DE SUSTANCIAS AL INTERIOR DE UNA PLANTA
VI. INTERCAMBIO GASEOSO A TRAVÉS DE LOS ESTOMAS
El transporte de sustancias se lleva a cabo a través de los haces vasculares, los cuales se encuentran distribuidos
entre las células del tejido vegetal. Estos haces vasculares son largos tubos que recorren las hojas, tallos y raíces
de la planta y se encuentran separados en dos conjuntos: el xilema, encargado del transporte y suministro de agua
y sales minerales, cuya mezcla se conoce como savia cruda y se mueve desde las raíces hacia las hojas de la planta,
y el floema, por el que se transportan la glucosa y otras moléculas orgánicas que forman la savia elaborada, desde
las hojas hasta el tallo y las raíces, donde se almacenan.
¿Cómo ingresan el agua (H2O) y el dióxido de carbono (CO2) a la planta? Como ya sabes el agua ingresa por las
raíces y luego es transportada hacia las hojas por conductos formados por un tejido llamado xilema. El dióxido de
carbono, en cambio, al ser un gas presente en el aire, ingresa por las hojas, a través de unos poros llamados
estomas (del griego stoma, que significa boca).
Los estomas se ubican en el lado inferior de las hojas y están formados por células llamadas células oclusivas, que
permiten el intercambio de vapor de agua y otros gases entre la planta y su medio.
Entre las células oclusivas de un estoma existe un orificio cuya abertura es regulable, el ostiolo (del latín ostiolu,
puerta pequeña). La apertura y el cierre del estoma depende del grado de turgencia de las células oclusivas. Si estas
células absorben agua y se hinchan, el ostiolo se abre. Si las células pierden agua, se vuelven flácidas y el ostiolo se
cierra.
Cuando la concentración de sales es mayor fuera de las células oclusivas, el
agua sale de estas y el estoma se cierra.
Cuando la concentración de sales dentro de las células oclusivas es mayor que fuera de estas, el
agua ingresa a ellas por osmosis, provocando que se hinchen y se abra así el estoma. Esto permite que el CO2 presente en la atmósfera ingrese al
interior de la hoja.
ESTOMA
CÉLULAS OCLUSIVAS
OSTIOLO
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VII. PIGMENTOS FOTOSINTÉTICOS
La fotosíntesis se aprovecha de la energía que llevan los fotones (partículas de 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.
Apenas el 42 % de la radiación solar atraviesa la atmósfera de la Tierra y alcanza su superficie, donde los pigmentos
fotosintéticos son los encargados de captar la energía lumínica. Los pigmentos fotosintéticos más conocidos son las
clorofilas y carotenoides; sin embargo, también existen otros tipos de pigmentos importantes en la fotosíntesis. En
las plantas, los pigmentos fotosintéticos se encuentran principalmente en las hojas y, en menor grado, en los tallos
verdes.
En invierno no hay suficiente luz o agua como para realizar la fotosíntesis. Los árboles descansan y viven con el
alimento que almacenaron durante el verano. La clorofila de las hojas desaparece y, poco a poco, a medida que su
color verde se desvanece, empezamos a ver colores naranjas y amarillos. Estos colores ya existían durante el
verano, pero no los podíamos ver porque quedaban cubiertos por el verde de la clorofila.
Como has aprendido en Física cuando la luz se encuentra con la materia puede ser reflejada, transmitida o
absorbida. Los distintos pigmentos absorben la luz de diferentes longitudes de onda. Si se ilumina un pigmento con
luz blanca, el color que vemos es el color más reflejado o transmitido por el pigmento. De modo contrario, si un
pigmento absorbe todas las longitudes de onda, se ve de color negro.
En el caso de las células vegetales, cuando observas una hoja, percibes el color verde debido a que la clorofila
absorbe luz azul-violeta y luz roja, mientras que transmite y refleja luz verde.
La capacidad de un pigmento de absorber diversas longitudes de onda se denomina absorbancia y puede medirse
con un instrumento llamado espectrofotómetro. Este instrumento mide las cantidades relativas de diferentes
longitudes de onda absorbidas y transmitidas por una solución.
El gráfico que representa la absorción de la luz de un pigmento versus la longitud de onda se denomina espectro de
absorción. Un espectro de absorción es una representación visual de qué tan bien un pigmento absorbe diferentes
longitudes de onda de luz visible.
Gráfico denominado curva o espectro de absorción de
luz, que muestra las cantidades relativas de energía
absorbida en cada longitud de onda. Los colores de luz
más absorbidos son el azul y el rojo, y la luz menos
absorbida, y por tanto reflejada, es la luz de color verde.
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VIII. ETAPAS DE LA FOTOSÍNTESIS
IX. FACTORES QUE INFLUYEN EN LA FOTOSÍNTESIS
Ocurre en la membrana de los tilacoides, donde
los pigmentos fotosintéticos atrapan la energía
lumínica y la transforman en energía química. En
esta etapa se libera oxígeno (O2) producto del
rompimiento de la molécula de agua (fotólisis).
Además de liberarse oxígeno, se produce ATP y
NADPH, moléculas necesarias para llevar a cabo la
fijación de carbono en la fase independiente de
luz.
También se conoce como Ciclo de Calvin. Ocurre en el estroma del cloroplasto y no depende de la energía lumínica; por esta razón, se lleva a cabo tanto de día como de noche. En esta etapa, las moléculas de ATP y NADPH, que se
sintetizaron en la fase primaria, son utilizadas en las
diferentes reacciones químicas que conducen a la formación
de glucosa.
En esta fase participan diversas enzimas, siendo la más
importante la ribulosa bifosfato que interviene en la
captación de CO2.
LA FOTOSÍNTESIS OCURRE EN 2 ETAPAS
FASE PRIMARIA O DEPENDIENTE DE LUZ FASE SECUNDARIA O INDEPENDIENTE DE LA LUZ
H2O
O2
Cuando la fotosíntesis comenzó a ser estudiada por los científicos, muchos investigadores observaron que hay
factores externos e internos de la planta que afectan a dicho proceso. Sin embargo, el rendimiento de la
fotosíntesis, o la capacidad de las plantas para realizar el proceso fotosintético, depende de diversos factores,
entre los que se encuentran la temperatura, la intensidad lumínica, la concentración de dióxido de carbono (CO2)
en el aire y la disponibilidad de agua en el suelo.
Una vez que la planta sintetiza glucosa, esta
puede utilizarse de variadas formas. Por
ejemplo, la unión de numerosas moléculas de
glucosa forma polímeros como el almidón y la
celulosa. El almidón es una molécula de alto
valor energético, que se almacena en tejidos
de reserva; y la celulosa es un constituyente
de las paredes celulares y de diversos tejidos
que brindan sostén a la planta.
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1. TEMPERATURA
2. INTENSIDAD LUMÍNICA
3. CONCENTRACIÓN DE DIÓXIDO DE CARBONO
4. DISPONIBILIDAD DE AGUA
X. IMPORTANCIA DE LA FOTOSÍNTESIS
Las plantas mantenidas en condiciones ideales de
luminosidad y de concentración de dióxido de carbono
atmosférico aumentan su tasa de fotosíntesis a medida
que se eleva la temperatura ambiental hasta
aproximadamente 35ºC. A partir de ese límite, el
aumento de temperatura causa una reducción drástica,
no solo de la fotosíntesis, sino también de la mayoría de
las reacciones vitales, ya que las enzimas celulares sufren
alteraciones a temperaturas elevadas.
En condiciones ideales de temperatura y concentración de
CO2 atmosférico, la tasa de fotosíntesis aumenta
proporcionalmente al incremento de la intensidad
lumínica hasta un valor límite, el punto de saturación
luminosa (PSL). Sin embargo, la eficiencia del proceso
varía en función de las longitudes de onda utilizadas, ya
que la clorofila absorbe con más eficacia la luz azul,
violeta y roja, y prácticamente no absorbe la luz verde.
La concentración de CO2 en el aire atmosférico oscila
entre un 0,03 y un 0,04 %, un nivel bastante inferior al
que una planta es capaz de utilizar en la fotosíntesis. Sin
embargo, en condiciones normales de temperatura e
intensidad lumínica, es el factor limitante más importante
de la fotosíntesis. Un aumento de su concentración
produce un aumento de la tasa fotosintética hasta
alcanzar un valor máximo de asimilación; después de que
se alcanza dicho valor, por más que aumente la
concentración de CO2 ambiental, la tasa fotosintética se
mantiene constante.
La disponibilidad de agua en el suelo, es decir, el abastecimiento hídrico del que dispone la planta, ejerce una gran
influencia sobre la apertura y cierre de los estomas. Si no hay agua suficiente para la planta, los estomas se cierran
para evitar la pérdida de vapor de agua (transpiración). De este modo, se dificulta la entrada de CO2 y la tasa
fotosintética disminuye.
Sin el proceso de la fotosíntesis no sería posible la presencia de oxígeno en la atmósfera. Son muchos los seres
vivos que dependen del oxígeno que se libera durante la fotosíntesis.
La mayor parte de estructuras de los seres vivos para su desarrollo necesitan los productos orgánicos formados
durante la fotosíntesis. Por lo tanto, puede decirse que la materia que forma a los seres vivos está formada por
materia orgánica.
Disminuye la concentración de CO2 en la atmósfera (si el CO2 se acumula en la atmósfera, aumenta la
temperatura del planeta, ya que retiene los rayos solares, provocando el llamado EFECTO INVERNADERO).