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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).