BIOLOGÍA - edicionesrb.cl · La indagación científica hace referencia a las diversas formas en...

TEXTO PARA EL ESTUDIANTE

kMedio

BIOLOGÍABIOLOGÍA 1º

Armando Martín Pino ConejerosLuis Eduardo Ravanal Moreno

Luis Hernán Rodríguez Moreno

1ºMedio

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ESTRUCTURA DEL TEXTO

Entrada de UnidadSe presenta una introducción y los temas del capítulo acompañados de imágenes representativas y motivadoras. Tambiénencontrarás los objetivos de aprendizaje del capítulo.

Revista científicaAquí te encontrarás con interesantes lecturas del ámbito científico,siempre en el contexto de los temas que se están abordando.

Entrada de temaSe presentan los objetivos de aprendizajedel tema que vas a estudiar acompañadode un organizador gráfico y una sección deactivación de los conocimientos previospara compartir y trabajar en equipo.

Ciencia en acciónA través de grupos de trabajocolaborativo o en forma individual,tendrás un acercamiento práctico alos contenidos. Es importante queseas cuidadoso y observes lasindicaciones de seguridadpresentes en cada actividad.

Sección de tamaño variable que te permite desarrollar ypracticar las habilidades de pensamiento y de procesorelacionadas con el tratamiento de algunos contenidos.

D E S A F Í OD E S A F Í OC I E N T Í F I CC I E N T Í F I C OO

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Revisemos lo aprendidoAl final del tema encontrarás la evaluación de los aprendizajes quete permitirán conocer tu nivel de logro y así, reforzar en caso deser necesario.

SíntesisEsta página te será de gran ayuda,pues encontrarás los conceptosrelevantes o ideas fundamentales delos temas revisados que tepermitirán consolidar tu aprendizaje.

EnsayoEsta sección te posibilita practicartus conocimientos, habilidades ydestrezas en ítems con metodologíade evaluación de pruebas nacionalese internacionales.

En esta entretenidasección podrás enterartede datos curiosos o delas diversas conexionesque tienen los contenidostratados con situacionesde nuestra vida diaria.

¿SABÍAS QUÉ?

MÁSQUE BIOLOGÍA

Relaciona el contextohistórico con el avancede la biología en elmundo de hoy.

CCOONN cciieenncciiaa

En esta sección encontrarásalguna relación de loscontenidos con aspectosrelacionados con el cuidadodel medio ambiente.

Son las palabrasrelevantes queaparecen al inicio deltema que aprenderásuna vez desarrollado.

Conceptos C L A V E

MetacogniciónPequeña secciónorientada hacia lareflexión sobre el propioaprendizaje paradesarrollar habilidadesmetacognitivas.

Te recomendamos visitar la web para complementar lainformación del texto.

Indica recursos didácticos disponibles en el Hipertexto, que es unconjunto de recursos multimedia que te permitirán profundizar,ampliar y relacionar diversos aspectos de los temas tratados, a travésde diferentes propuestas, tales como videos, archivos imprimibles,programas interactivos, etc.

Unidad 2

Fisiología eintercambio de

materia y energía

Tema 1Transferencia de

energía

Unidad 3

Estructura ycomposición

química de losseres vivos

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ÍNDICE

Unidad 1

Energía enautótrofos yheterótrofos

Tema 1Energía en autótrofos

10 - 83

84 - 175

176 - 211

Contenidos

Por qué las plantas sí... y los animales no . . . . . . . . .16Tejidos vegetales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17¿Cuál es la importancia de las plantas en el ecosistema? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22Fotosíntesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .24La fotosíntesis y como ingresa la energía en losecosistemas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27Dinámica del proceso fotosintético . . . . . . . . . . . . . .35Relación biológica entre autótrofos y heterótrofos . . .43

Tema 2Energía en

heterótrofos

Metabolismo celular. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53Enzimas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55Respiración celular . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61¿Respiración pulmonar o respiración celular? . . . . . . 69Fotosíntesis y respiración . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72Relaciones de alimentación. . . . . . . . . . . . . . . . . . 75

Tema 1Bases químicas

de la vida

Somos polvo de estrellas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182El agua fuente de vida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185¿De qué estamos hechos? . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189Hidratos de carbono. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191Los lípidos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194Los ácidos nucleicos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203

Tema 2Especialización

celular

Diferenciación celular. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118Los tejidos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125Los órganos y los sistemas . . . . . . . . . . . . . . . . . 132

Tema 3Intercambio entre lacélula y su ambiente

La membrana celular: un límite dinámico . . . . . . . 153¿Cómo las sustancias atraviesan las membranas? . . 158

50 - 83

86 - 113

114 - 149

150 - 175

178 - 211

12 - 49

La energía fluye a través de la alimentación . . . . . . 89Flujo de energía en el ecosistema . . . . . . . . . . . . . 97Bioacumulación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101Ciclos biogeoquímicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103Circulación de los contaminantes aéreos . . . . . . . . 106Disponibilidad de los nutrientes en el ecosistema . . 108

Bibliografía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212

7

Ciencia en acción

Observación de tejidos . . . . . . . . . . . . . 13¿Cómo influye la luz en la fotosíntesis? . 23Los productos de la fotosíntesis . . . . . . . 33

Acción enzimática . . . . . . . . . . . . . . . . 51¿Cómo ingresan los gases a las células de las plantas?. . . . . . . . . . . 59Gases de la respiración . . . . . . . . . . . . . 70¿De qué se alimentan las poblaciones? . . 74

Revista científica

Adaptaciones de plantas enzonas de Chile . . . . . . . . . . 46

Crítica situación de ecosistemas del planeta . . . . 78

Evaluación y síntesis

Revisemos lo aprendido. . . 48Autoevaluación . . . . . . . . 49

Revisemos lo aprendido. . . 80Autoevaluación . . . . . . . . 81Síntesis . . . . . . . . . . . . . 82Ensayo . . . . . . . . . . . . . . 83

Flujo de energía . . . . . . . . . . . . . . . . . 87Utilizando esquemas . . . . . . . . . . . . . . 96

La enfermedad de Minamata . . . . . . . . . . 110

Revisemos lo aprendido . . 112Autoevaluación . . . . . . . 113

Observando la diversidad de bacterias . . 115Observación de tejidos . . . . . . . . . . . . 124Comunicación permanente . . . . . . . . . . 131

Se transforman células de lapiel en células troncalestotipotenciales . . . . . . . . . 146

Revisemos lo aprendido . . 148Autoevaluación . . . . . . . 149

Transporte a través de una membrana . . 151¿Cómo afecta la concentración del medio externo el interior de la célula? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157

Canal proteico conviertevibraciones en señales eléctricas . . . . . . . 170

Revisemos lo aprendido . . 172Autoevaluación . . . . . . . 173Síntesis . . . . . . . . . . . . 174Ensayo . . . . . . . . . . . . . 175

Química de la vida . . . . . . . . . . . . . . . 179La molécula de la vida . . . . . . . . . . . . 184Universalidad de las moléculas orgánicas . . . . . . . . . . . . . . 186Experimentando con los hidratos de carbono . . . . . . . . . . . . . . 190Experimentando con los lípidos . . . . . . 193Construyendo modelos de ADN . . . . . . . 198Experimentando con las proteínas. . . . . 202

¿Qué son y para que sirven los ácidos grasos omega 3? . . . . . . . . 206

Revisemos lo aprendido . . 208Autoevaluación . . . . . . . 209Síntesis . . . . . . . . . . . . 210Ensayo . . . . . . . . . . . . . 211

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La metodología de aprendizaje de la ciencia por indagación es el resultado dela búsqueda del rol protagónico del estudiante en el aula; de forma que debeconstruir con la ayuda del docente su propio aprendizaje. El docente guía,ayuda y proporciona las actividades que permitirán aprender.

Los avances científicos son el sustento para asumir un cambio conceptual,metodológico y actitudinal; es decir, se requiere situar hoy al estudiante en uncontexto de actividad similar al que vive un científico, pero bajo la atentadirección del docente, que actúa como guía de la investigación. Desde estaperspectiva, estás siendo partícipe de las innovaciones dentro de las prácticaspedagógicas docentes.

La indagación científica hace referencia a las diversas formas en las que loscientíficos estudian el mundo natural y proponen explicaciones basadas en laevidencia que deriva de su trabajo. También tú puedes desarrollarconocimiento y comprensión sobre las ideas científicas, y además, paraentender la forma en que los científicos estudian el mundo natural. Así, utilizasla indagación para aprender ciencias haciendo muchas de las actividades yprocesos mentales de los científicos.

Los seres humanos utilizamos de manera innata nuestra curiosidad y la técnicadel ensayo y el error para aprender acerca del mundo que nos rodea; nospreguntamos el qué, el porqué y el cómo, reflexionamos, analizamos lainformación, comparamos los resultados y constantemente cambiamosnuestras ideas dependiendo de lo que aprendemos. Este conjunto completode destrezas mentales constituye una capacidad altamente desarrollada a laque nos referimos como indagación.

¿CÓMO TRABAJAR EN CIENCIAS PARALOGRAR UN APRENDIZAJE SIGNIFICATIVO?

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De acuerdo con esto, una actividad que contempla la metodologíaindagatoria posee cuatro etapas dentro de un ciclo de aprendizaje:a. Focalización: Planteamiento de preguntas o problemas y explicitación de

ideas previas. b. Exploración: Comprobación de las ideas a través de la experimentación.c. Reflexión: Contrastación de las predicciones realizadas inicialmente con los

resultados obtenidos en la exploración.d. Aplicación: Aplicación de lo aprendido a situaciones nuevas.

Estas etapas permiten concretizar el proceso de indagación, como unaactividad multifacética que involucra hacer observaciones, hacer preguntas,planteamiento de hipótesis, búsqueda de evidencias, análisis de información,rigor y revisión constante de los propios procedimientos, examinar libros yotras fuentes de información para ver qué es lo que ya se sabe, planearinvestigaciones, revisar lo aprendido en función de la evidencia experimental,utilizar herramientas para reunir, analizar e interpretar datos, proponerrespuestas, explicaciones y predicciones, suposiciones, el empleo delrazonamiento crítico y lógico, la consideración de explicaciones alternativas ycomunicar los resultados, constituyen estrategias de indagación.

Entre las habilidades que el estudiante desarrolla al trabajar con lametodología de la indagación están:• Explorar hechos y fenómenos. • Analizar problemas. • Observar, recoger y organizar información relevante.• Utilizar diferentes métodos de análisis. • Evaluar los métodos.• Compartir los resultados.

Las actitudes científicas son igualmente importantes y, por ello, se buscafomentar y desarrollar en el estudiante:• La curiosidad. • La honestidad en la recolección de datos y su validación. • La flexibilidad. • La persistencia.• La crítica y la apertura mental. • La disponibilidad para hacer juicios. • La disponibilidad para tolerar la incertidumbre y aceptar la naturaleza

provisional propia de la exploración científica. • La reflexión sobre el pasado, el presente y el futuro. • El deseo y la voluntad de valorar críticamente las consecuencias de los

descubrimientos científicos. • La disposición para el trabajo en equipo.

Focalización

ObservaciónPreguntas de investigaciónFormulación de la hipótesis

Exploración

Diseño experimentalRegistro de lasobservaciones

Comparación

Recopilación yordenamiento de datos

Análisis de datos

Aplicación

Conclusión y comunicaciónde datos

Evaluación del trabajorealizado

UNIDAD 1

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UNIDAD 1

Introducción Estudiarás en esta Unidad:

El que la energía mueva al mundo es una realidadinnegable. Sin embargo, es necesario focalizar que algunostipos de energía son de mayor valor para los seres vivos;entre ellas, la energía química fundamental para llevar acabo las actividades celulares. También la energía calóricaque mantiene el equilibrio en muchos seres vivos parafavorecer una gran variedad y cantidad de reaccionesquímicas, mediadas por enzimas que condicionan suacción a la temperatura del sistema y que participan deaquellas reacciones que utilizan o generan energía química.Una suerte de ciclo muy complejo y altamente eficiente,que es regulado por una serie de factores como lashormonas, oxígeno, sales minerales, enzimas, entre otros.

La vida en la Tierra depende fundamentalmente de laenergía solar, la cual es captada mediante el procesofotosintético. Este es finalmente responsable de laproducción de toda la materia orgánica que conocemos.Esto comprende los alimentos que consumimosdiariamente tanto nosotros como los animales, loscombustibles fósiles (petróleo, gas, gasolina, carbón), asícomo también la leña, la madera, la pulpa para papel,además de la materia prima para la fabricación de fibrassintéticas, plásticos, poliéster, etcétera.

Tema 1: Energía en autótrofos• Identificación de las estructuras y funciones

de las plantas. • Reconocimiento de los tejidos fotosintéticos.• Explicación de la fotosíntesis y la participación

de algunas moléculas orgánicas. • Relación biológica entre autótrofos y

heterótrofos.

Tema 2: Energía en heterótrofos• Explicar la actividad metabólica de la célula

como un conjunto de reacciones químicascatalizadas por enzimas.

• Diferenciar entre una actividad anabólica yuna actividad catabólica.

• Interpretar la actividad de las enzimas comoparte del metabolismo celular.

• Caracterizar la actividad enzimática.• Describir el proceso de respiración y asociarlo

a la producción de energía.• Establecer la relación existente entre el

proceso de fotosíntesis y el proceso derespiración celular.

Energía en autótrofosy heterótrofos

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Energía en autótrofosy heterótrofos

Al finalizar esta Unidad se espera que puedas:

• Identificar los tejidos de las plantas, determinando su participación en los procesos vitales de la planta. • Reconocer que el funcionamiento de los tejidos y órganos de las plantas se basan en la actividad de células

especializadas que poseen una organización particular. • Explicar la fotosíntesis como un proceso que incorpora carbono desde el mundo inorgánico al orgánico en forma

de almidón, utilizando la energía de la luz solar.• Identificar la materia prima y los productos de la fotosíntesis como compuestos orgánicos e inorgánicos simples. • Realizar actividades experimentales de manera autónoma y responsable.• Asociar que el almidón producido por la planta es utilizado por ésta como nutriente.• Valorar que la falta de un elemento perjudica el funcionamiento y equilibrio de la naturaleza.• Comparar las relaciones de alimentación existentes entre los seres vivos.• Analizar información relevante distinguiendo entre lecturas literales y lecturas inferenciales. • Diferenciar entre los procesos de anabolismo y catabolismo como parte del metabolismo en autótrofos y heterótrofos.• Relacionar el proceso de la respiración celular como una forma de obtener energía en los organismos heterótrofos.• Comparar entre fotosíntesis y respiración celular como formas de obtener energía entre los autótrofos y heterótrofos. • Caracterizar la actividad metabólica de la célula como un conjunto de reacciones químicas catalizadas por enzimas.• Procesar e interpretar datos empíricos distinguiendo entre lecturas literales y lecturas inferenciales.• Identificar problemas, hipótesis, procedimientos experimentales, inferencias y conclusiones en investigaciones

propias, clásicas o contemporáneas.• Desarrollar acciones orientadas hacia la preservación de la naturaleza y cuidado del medioambiente a través del

proceso de aprendizaje.

TEMA 1Energía en autótrofos

Pueden dividirse según laforma de obtener energía en

realizan

cons

umida

Es un proceso que requiere de

Organelos celulares que contienen

Pigmento que captaQueda capturada en

como

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TEMA 1Energía en autótrofos

Estudiarás en este tema• Identificación de las estructuras y funciones de las plantas. • Reconocimiento de los tejidos fotosintéticos.• Explicación de la fotosíntesis y la participación de algunas moléculas orgánicas. • Relación biológica entre autótrofos y heterótrofos.

Para iniciar la discusión1. En lo personal, ¿para qué son importantes las plantas?2. Propone tres preguntas vinculadas con la forma como una planta obtiene la energía y cuáles esperamos que

sean resueltas al término del estudio de este tema.

El siguiente cuadro sinóptico te será de utilidad para comprender la relación entre los conceptos que se tratarándurante este tema.

Seres vivos

Autótrofos Heterótrofos

Fotosíntesis

Cloroplastos

Quimiosíntesis

Tejidosespecializados

Energía luminosaClorofila

Materia orgánicaproducida

Glucosa

TEMA 1: Energía en autótrofos

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Estudiaremos Tejidos especializados en vegetales.

IntroducciónOrganiza un grupo de trabajo de no más de tres integrantes. Busquen unahoja, una ramita o tallo y un trozo de raíz de un árbol o arbusto.

Paso 1: Observación Todos los días pasas por el lado de una gran variedad de plantas; sin embargo,difícilmente te has detenido a observar las características de ellas. ¿Quéinstrumento te permitiría una observación detallada del exterior de la ramita otallo, la hoja y la raíz? ¿Qué instrumento te permitiría observar los detallesinternos de un tallo, hoja o raíz?

Paso 2: Preguntas de investigación Cada vez que realizamos una observación de algún hecho, situación oelemento de la naturaleza surgen interrogantes, que eventualmente puedenconvertirse en nuestras preguntas de investigación, como por ejemplo: • ¿Por qué las estructuras de las plantas son tan diferentes unas de otra?• Sabiendo que cada estructura de las plantas cumplen una función específica,

¿cómo se logra esta especialización?

Ahora a partir de la observación del material biológico (muestra), formulen almenos una pregunta de investigación.

Paso 3: Formulación de hipótesis Las respuestas formuladas a las preguntas anteriores constituyen las hipótesisde trabajo que serán expuestas a comprobación mediante la prácticaexperimental que ustedes diseñarán a partir de una guía de diseñoexperimental que les presentamos a continuación. Es importante considerarque las hipótesis serán más robustas en la medida en que su marco teórico seamás rico. Inicialmente podemos plantear una hipótesis que surge del sentidocomún, pero esta debe evolucionar y concebirla como una posible explicaciónbiológica al fenómeno u hecho en discusión.

Paso 4: Diseño experimental El diseño experimental debe permitir aceptar o rechazar la(s) hipótesisplanteada(s). Para ello, podemos proponer un diseño o protocolo experimentalque permita poner a prueba la(s) hipótesis. En esta ocasión y para comenzarconsidera como referencia el que proponemos a continuación:

• Observación de materialbiológico.

• Registro a través de dibujos yesquemas.

• Predicción de resultados. • Formulación de hipótesis.• Planificación de diseño

experimental.• Interpretación de resultados. • Comunicación de resultados.

Habilidades

• Lupa. • Microscopio.• Cuchillo o bisturí.• Palo de fósforo.• Ramita o tallo.• Hojas de cardenal.• Raíz de cebollas.• Cuaderno de registro.

Materiales

C I E N C I A C I E N C I A E N AE N A CC C I Ó NC I Ó N

Observación de tejidos

Señale tres criterios de selección dela muestra en estudio:

1.

2.

3.

UNIDAD 1: Energía en autótrofos y heterótrofos

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1. Observen bajo la lupa las estructuras de la planta.2. Con mucho cuidado, utilicen un cuchillo fino o bisturí para realizar un corte

transversal a la ramita o tallo, hoja y raíz. 3. Observen bajo el microscopio, y en cada una de las estructuras

identifiquen tejidos diferentes.

Paso 5: Registro de observacionesEl registro de observaciones permite a los científicos establecer asociaciones eidentificar hechos relevantes para comparar las hipótesis y evaluarlas. Lesproponemos tener presente para sus registros las siguientes recomendaciones:

1. Dibujen cada observación en un cuaderno de registro. 2. Bajo cada uno de sus dibujos, propongan una descripción de lo observado,

poniendo énfasis en aquellos aspectos que distingan cada estructuraobservada.

Paso 6: Recopilación y ordenamiento de datosOrdenar los datos recopilados es una tarea prioritaria al interpretar lainformación. A continuación les proponemos una forma de hacerlo,completando la siguiente ficha de registro.

Paso 7: Análisis de datosLos datos obtenidos nos permiten analizar la información recogida con elpropósito de responder a las preguntas de investigación como para testearla(s) hipótesis. Un análisis demanda una serie de procesos, como contrastar,comparar, seleccionar información, proponer categorías de análisis, entre otras.Para comenzar proponemos las siguientes acciones que pueden ayudar agenerar un buen análisis:1. Comparen cada uno de los dibujos y descripciones realizadas durante la

actividad.2. Realicen una discusión de lo observado y lleguen a acuerdos sobre las

descripciones hechas para obtener una descripción final que satisfaga acada integrante. Para ello, ayúdense de las siguientes preguntas: a. ¿Qué diferencia hay entre la observación bajo la lupa y el microscopio? b. ¿Los tejidos observados en cada estructura presentaron diferencias? Si es

así, ¿a qué se deben dichas diferencias?

Dibujo 1 Dibujo 2 Dibujo 3

Descripción 1 Descripción 1 Descripción 1


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c. A pesar de la especialización celular observada en distintos tejidos, ¿quéelementos son comunes a todas las células?

Paso 8: Conclusión y comunicación de datosUno de los objetivos de la ciencia es comunicar sus resultados con el propósitode aportar con antecedentes teóricos y metodológicos que orienten el trabajocientífico de otros investigadores. En esta oportunidad les proponemos entregar a su profesor o profesora uninforme científico.

Para ello les sugerimos atender las siguientes indicaciones:

1. Página titular: con el título de tu proyecto centralizado. Escoge un títulocorto y descriptivo, que vaya a lo central del tema.

2. Tabla de contenidos o índice. 3. Introducción: describe el problema de tu investigación, indica el propósito,

la hipótesis y brevemente menciona los métodos que usarás. 4. Metodología: describe detalladamente tu diseño experimental, el material

y equipo que usaste, el procedimiento que empleaste.5. Resultados: presenta los datos que encontraste en forma clara, usando

tablas y gráficas.6. Discusión de resultados: muestra los resultados más importantes e indica

cómo confirman (o refutan) tu hipótesis. 7. Conclusión: en esta sección, escribe los resultados de tu investigación.

Menciona lo que aprendiste, los hallazgos tanto teóricos comometodológicos que se desprenden de tu investigación.

8. Bibliografía: haz un listado de los libros y revistas que usaste para buscar yseleccionar información.

9. Apéndices: aquí se incluye información adicional en forma de gráficos,fotos, dibujos, etcétera.

Paso 9: Evaluación del trabajo realizadoEn forma individual responde la siguiente autoevaluación. Una vezcompletada, realiza una discusión en forma grupal para mejorar aquellosaspectos que lo necesitan.

Aspectos a evaluar Siempre Ocasionalmente Tuve muchasdificultades para ello

Propuse ideas que ayudaron a laplanificación del trabajo.

Cooperé activamente con bibliografíapertinente, en el diseño experimental,en los registros y toma de datos comoen el análisis de la información.

Participé en la edición del informe deinvestigación.


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POR QUÉ LAS PLANTAS SÍ…Y LOS ANIMALES NO

• Autótrofos.• Heterótrofos.• Pluricelular.

ConceptosLos seres vivos pueden ser clasificados según varios criterios. Uno deellos es la forma de obtener la energía y, desde ese criterio declasificación, tenemos que existen seres vivos autótrofos y heterótrofos.Los seres vivos autótrofos utilizan el para construir las moléculasorgánicas. De ellos los que utilizan la energía radiante del Sol sedenominan fotosintetizadores, mientras que los que obtienen la energíade oxidaciones exotérmicas son nominados quimiosintetizadores. Por otraparte, los heterótrofos son aquellos seres vivos que obtienen la energíade otros seres vivos.

Entre los organismos autótrofos encontramos las plantas, algas, protozoosy bacterias.

La base del ecosistema se sustenta gracias a los organismos autótrofosque hacen posible la transformación de la energía del Sol en energíaquímica utilizable por otros seres vivos, a través de estructurasespecializadas que iremos conociendo a medida que avanzamos en estetexto.

Iniciaremos este tema con el estudio de los seres vivos autótrofosterrestres pluricelulares: las plantas. Por lo tanto, es necesario sabercómo se organizan sus células, razón por la cual iniciamos el temaconociendo a estos organismos.

Reino plantasA este reino pertenecen las plantas que agrupan a un gran número deorganismos que tienen en común el ser organismos pluricelulares, sésiles,autótrofos, gracias a la presencia de células que poseen cloroplastos,organelos que tienen clorofila, lo que les permite realizar fotosíntesis;además, sus células eucariontes presentan una pared celular de celulosa.

El reino plantas viene a representar el más importante eslabón dentro detoda cadena alimenticia. La mayor parte de ellos pueden almacenar laenergía que proviene del Sol y sintetizar sustancias alimenticias. Seincluyen a las siguientes especies: Briófitos (los musgos), Pteridofitas(los helechos), Gimnospermas (las coníferas) y Angiospermas (las plantascon flores).

Aunque existe una gran diversidad de formas vegetales, centraremosnuestra visión en las llamadas plantas superiores, poseen una estructurafundamental de tres órganos: el tallo, las raíces y las hojas. Estos órganosestán formados por tejidos característicos que revisaremos a continuación.

CO2

C L A V E

El reino plantas contienemás de 300.000 tipos deespecies diferentes.

¿SABÍAS QUÉ?


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TEJIDOS VEGETALESCuando las células se especializan para realizar una determinada funcióncambian de forma, pierden algunos de sus componentes y adquieren orefuerzan otros. El resultado de esta especialización son grupos de célulasiguales y “expertas” en una actividad, agrupación denominada tejidos.

Los organismos vegetales producen varios tipos de tejidos. Según sufunción, los principales tejidos se clasifican en: embrionarios, secretores,fundamentales, de sostén, protectores y conductores.

Tejidos embrionarios o meristemos Estos tejidos están formados por pequeñas células poliédricas. Cada célulaposee un gran núcleo central, finas membranas, abundante citoplasma y nopresentan vacuolas. Dichas células están en continua división celular con elfin de originar los diversos tejidos y asegurar el crecimiento y el desarrollode órganos vegetales. Los dos tejidos embrionarios son el apical y el lateral.

Se localizan en las semillas, en los ápices de las raíces y los tallos, en lasyemas y también en el interior del tallo o tronco. Frecuentemente, cuandose observa al microscopio, se puede ver que algunas (o muchas) de suscélulas se encuentran en división.

Tejidos secretores o glandularLa función del tejido glandular es la secreción de sustancias. La clave deeste tejido son las células secretoras, capaces de producir algunassustancias o concentrar y almacenar otras. Las secreciones pueden serexpulsadas al exterior o al interior de la planta.

Hay varios tipos de órganos glandulares en las plantas: algunos son pelos,otros son tubos que contienen látex, etcétera. Entre las sustancias queproducen están entre otras: aceites, bálsamos, gomas, resinas, cristales, sales.

Figura 1. La sección longitudinal de la raíz revela la presencia del meristemo apical; en estazona, las células se dividen rápidamente y son las responsables del crecimiento longitudinalde la raíz.

• Tejido vegetal.• Meristemo.• Parénquima.

Conceptos C L A V E

MÁSQUE BIOLOGÍA

El látex es el jugo propiode muchos vegetales. Esproducido por las célulassecretoras del floema. Seutiliza para la fabricaciónde preservativos ychupetes.


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Tejidos fundamentales Los tejidos fundamentales constituyen la masa de tejido más grande de laplanta. Están formados por células vivas poco especializadas que cumplenla función de almacenamiento; por ello, sus células son con frecuenciagrandes y redondeadas, y sus paredes son delgadas.

Una variedad importante de este tejido son los parénquimas. Las célulasde estos poseen paredes delgadas y contienen muchos plastidios. Son losresponsables de la elaboración de alimentos. Los parénquimas sepresentan en cuatro tipos: clorofílico, de reserva, acuífero y aerífero.

• El parénquima clorofílico: sus células se caracterizan por poseer muchoscloroplastos. Los cloroplastos son los responsables de la fotosíntesis. Elparénquima clorofílico se sitúa en las hojas y tallos verdes. Este tejido dael color verde a las plantas.

• El parénquima de reserva: se caracteriza por poseer numerososleucoplastos (plastidios que almacenan sustancias de reservas) yvacuolas grandes y por acumular sustancias de reserva como almidón yproteínas. Se ubica en bulbos, raíces, tubérculos, semillas y frutos.

• El parénquima acuífero: se caracteriza por la capacidad de retener grandescantidades de agua. Son propios de las plantas que crecen en zonasdesérticas, como las xerófitas (plantas de ambientes secos como el cactus).

• El parénquima aerífero: se sitúa en plantas acuáticas. La formairregular o estrellada de sus células permite la circulación yalmacenamiento del aire.

Figura 2. Corte transversal de un tallo que muestra la epidermis en A, colénquima en B, elxilema en C y el parénquima de reserva en D.

El parénquima aerífero dela hoja y el tallo de unaespadaña (Typhadomingensis) poseencélulas de este tejido quedejan grandes espaciosintercelulares quepermiten la conducciónde gases.

¿SABÍAS QUÉ?

D

C

B

A


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Tejidos de sostén La característica de rigidez en las plantas se debe a la presencia decélulas cuyas paredes son gruesas. Los principales tejidos de sostén son:el colénquima y el esclerénquima.

El colénquima: está formado por células vivas de formas alargadas ypoligonales que, por lo general, no pueden dividirse. Aunque son fuertes,las paredes celulares del colénquima son flexibles. Presenta unamembrana desigualmente engrosada.

El esclerénquima: proporciona resistencia contra fuerzas de flexión.Ambas presentan una membrana lignificada gruesa.

Tejidos protectores Los tejidos protectores presentan paredes celulares gruesas. Dichos tejidosson los responsables de proteger a la planta contra la sequedad del medioexterno y de las lesiones de agentes externos. Se sitúan en la superficiede raíces, tallos y hojas. Los principales tejidos son: epidermis y súber.

Tejidos conductores Transportan agua y savia orgánica a toda la planta. Existen dos tipos detejidos conductores: el xilema y el floema.

El xilema o vaso leñoso: transporta agua y nutrientes desde las raíces alos brotes de las hojas.

El floema transporta agua con sustancias alimenticias disueltas desde lashojas hasta los diferentes órganos de la planta. Está formado por célulasvivas alargadas y situadas unas a continuación de otras.

Encuentra más información acerca de este tema y otros relacionados enla dirección Web: http://www.etsmre.upv.es/varios/biologia/Temas/tema_3.htm#El%20Colénquima.%20Características%20Generales

Conceptos C L A V E

• Colénquima.• Esclerénquima.• Epidermis.• Súber.

Conceptos C L A V E

• Xilema. • Floema.

MÁSQUE BIOLOGÍA

La parte interna de unárbol se denomina leño ycorresponde a célulasmuertas, que no sedescomponen por lapresencia de unasustancia llamada lignina.De esta zona se obtienela madera.

Figura 3. Los tejidos conductores xilema (localizado bajo la corteza) y floema (en el centro).


20

Tejido fotosintético El tejido fotosintético más activo en las plantas superiores es el mesófilo delas hojas. Las células del mesófilo tienen un gran número de cloroplastos,que contienen los pigmentos verdes especializados en la absorción de luz: lasclorofilas. Algunos tallos verdes también cumplen esta función fotosintética.

Las clorofilas son pigmentos que tienen como función la absorción deenergía luminosa; es decir, la absorción de fotones de luz con laconsiguiente excitación de un electrón. Ese electrón excitado cede suenergía, volviendo al estado normal, a algún pigmento auxiliar (a vecesotras clorofilas), donde se repite el fenómeno. Al final el electrónexcitado facilita la reducción de una molécula, quedando completada laconversión de una pequeña cantidad de energía luminosa en energíaquímica, una de las funciones esenciales de la fotosíntesis.

CloroplastoSon estructuras especiales que contienen en su interior un pigmento verdellamado clorofila, gracias al cual la célula puede realizar la fotosíntesis. Unacélula vegetal común puede tener entre 20 a 100 cloroplastos, pero algunasotras pueden llegar a tener hasta 500 (como ocurre en las espinacas).

Los cloroplastos son organelos que se encuentran en las células de plantasy algas, pero no en las de animales y hongos. Están protegidos por dosmembranas de la envoltura, tienen numerosos sacos internos formados poruna membrana que encierran el pigmento verde llamado clorofila. Desde elpunto de vista de la vida terrestre, los cloroplastos desempeñan unafunción esencial, ya que en ellos ocurre la fotosíntesis. Esta funciónconsiste en utilizar la energía de la luz solar para activar la síntesis demoléculas orgánicas ricas en energía y de esta reacción se desprende eloxígeno que es utilizado en la respiración.

Conceptos C L A V E

• Mesófilo.• Clorofilas.• Cloroplasto.

Figura 4. Una hoja de una planta con el detalle de los cloroplastos.


21

Una célula vegetal puedetener entre 20 a 100cloroplastos y en algunoscasos llegar hasta 500; esdecir, un milímetrocuadrado puede tenermedio millón decloroplastos. Por otrolado, algunas células dealgas pueden tener unsolo cloroplasto gigante.

¿SABÍAS QUÉ?

La célula vegetalTodas las plantas están formadas por células que se organizan formandolos diferentes tejidos y órganos vegetales que hemos conocido yestudiado. Aunque existe una gran diversidad de formas celulares, elmodelo de célula vegetal es poliédrico, con pared celular de celulosa, queposee un núcleo característico habitualmente desplazado por una granvacuola. Tiene los organelos característicos de una célula eucariota,mitocondrias, retículo endoplásmico liso y rugoso, aparato de Golgi y unorganelo propio de este tipo de células: el cloroplasto.

Los cloroplastos, la gran vacuola y la pared celular que protege lamembrana celular son las características que diferencian una célula vegetalde una animal. La pared celular de las células vegetales es rígida, lo quedetermina las formas geométricas que encontramos en los tejidos vegetales,como el hexagonal observado en las células de la cubierta de las cebollas.

Figura 5. Célula epidérmica del catáfilo de cebolla y esquema de una célula vegetal.

Célulaepidérmica


22

Existen más de 250.000 especies de plantas que han conquistados losmás variados ambientes, desde su aparición en nuestro planeta hace unos400 millones de años. Ellas han transformado el planeta, ya que por unaparte producen el oxigeno que es utilizado en la respiración, absorben el

de la atmósfera, con lo que contribuyen a disminuir el efectoinvernadero y aportan la materia orgánica que sirve como fuente dealimento a los organismos heterótrofos.

Pensemos en los vegetales que consumimos de manera directa como maíz,papas y verduras como acelgas, lechugas y las frutas que comemos, todosalimentos ricos en vitaminas y minerales, y de manera indirecta a travésde productos obtenidos de su elaboración como azúcar de caña, harina.La madera para la construcción y la calefacción, y los innumerablesproductos químicos.

Todos los beneficios obtenidos de las plantas son posibles gracias a lafotosíntesis, proceso que usando la energía solar, logra incorporarcarbono presente en la atmósfera como a moléculas orgánicas. CO2

CO2

¿CUÁL ES LA IMPORTANCIA DE LAS PLANTAS EN EL ECOSISTEMA?

Figura 6. Muchos son los productos que se obtienen de los vegetales. ¿Puedes identificar laparte del vegetal del cual se produce?

Conceptos C L A V E

• Materia orgánica.• Respiración.• Oxígeno.• Dióxido de carbono.

MÁSQUE BIOLOGÍA

Las algas pertenecen alreino Protista, ya que suscélulas no forman tejidos;es decir, no estánespecializadas en algunafunción. No obstante,fotosintetizan como lasplantas.

Flor

O2

O = O

Tallo

Hoja

HazYema

PecioloEnvés

Raíz principal

Pelos absorbentes

Nervios

Paso 1: Formulación de hipótesisEscriban su hipótesis considerando sus conocimientos sobre la influencia de laluz en la fotosíntesis.

Paso 2: Diseño experimental1. Pongan un poco de algodón en cada uno de los cinco vasos plásticos y

dispongan en ellos unas semillas de lenteja.2. Dejen germinar hasta obtener las plántulas, dejando que salga la raíz y el

tallo y asomen las primeras hojas.3. Luego envuelvan completamente cada plántula de lenteja en papel celofán

de un color distinto cada vaso y colóquenlas en un lugar donde les llegue elsol de la mañana.

Paso 3: Registro de observacionesOrganicen su grupo para el cuidado de la planta, recuerden mantener elalgodón húmedo teniendo la precaución de mantener la planta bajo el celofán.Registren previamente el tamaño de la planta, y otras características queevidencien el crecimiento del vegetal.Luego de una semana realicen la medición final siguiendo las instruccionesdadas previamente.

Paso 4: Recopilación y ordenamiento de datosEstablezcan una forma para ordenar la información recopilada. A continuacióntienen un ejemplo de ello:

Paso 5: Análisis de datosAnalicen los resultados de esta actividad considerando las siguientes interrogantes:1. ¿Cuál es la variable independiente?2. ¿Cuál es la variable dependiente?3. ¿Qué otras variables pueden alterar los resultados de esta experiencia?4. ¿Existe en esta actividad un control? ¿Cuál es la importancia de tener un control?5. ¿Cuál es la función de los distintos papeles de colores?6. ¿Qué puedes decir del tamaño de las plántulas según el color del papel celofán?7. ¿Cuál es la influencia de la luz en el crecimiento de las plántulas de lentejas?

Paso 6: Conclusión y comunicación de datosEmitan un informe final considerando las instrucciones de su elaboraciónsegún el primer “Ciencia en acción” de este tema.

• Manipulación del materialbiológico.

• Identificación y control devariables.

• Comunicación datos a través degráficos.

• Elaboración de conclusiones delos datos experimentales.

Habilidades

• Plántulas de lentejas.• Cinco vasos plásticos

transparentes.• Un poco de algodón.• Papel celofán: azul, verde, rojo,

amarillo y transparente.• Huincha de medir.

Materiales


¿Cómo influye la luz en lafotosíntesis?

DíaTamaño de las plántulas de lenteja de los vasos con papel celofán de color:

azul verde rojo amarillo transparente

1

2

...

7


23


24

FOTOSÍNTESISEl que los animales se alimenten nos parece evidente, pero con lasplantas nos resulta diferente. Ellas adquieren las sustancias que utilizancomo alimento por medio de un proceso llamado fotosíntesis. La palabrafotosíntesis quiere decir literalmente “unir o construir por medio de laluz” (del griego (foto) = luz y (síntesis) = unión).Através de este proceso las plantas sintetizan compuestos orgánicos apartir de sustancias inorgánicas en presencia de luz.

¿Cómo se llegó a conocer este proceso? La historia es larga y comienzaen la primera mitad del siglo XVII. Hasta ese entonces se aceptaba quetodos los seres vivos “ingerían” alimentos y en el caso de las plantasellas lo asimilaban del suelo, cuando el médico flamenco J.B. vanHelmont cultivo un sauce en un cubo de tierra a la que sólo suministrabaagua de lluvia. Luego de cinco años el árbol había crecidoconsiderablemente, aumentando su masa en varios kilogramos a pesar deque la masa de la tierra no había disminuido significativamente.

Basándose en estos resultados, Van Helmont concluyó que toda lasustancia de la planta se originaba del agua y no del suelo. Esteexperimento es de interés general para aquellos que sienten curiosidadpor conocer la historia de la ciencia, porque es uno de los primerosexperimentos biológicos diseñados cuidadosamente. Sin embargo, lasconclusiones de Van Helmont eran demasiado amplias.

Conceptos C L A V E

• Fotosíntesis.• Reactantes.• Productos.• Procariontes.• Eucariontes.

Figura 7. Ilustración infográfica de la experiencia de Jan Baptista van Helmont.

Maceta con tierra90 kg (peso seco)

Planta joven desauce: 2,25 kg

Peso de lamaceta: 89,9 kg

Las hojas que cayerondurante los cuatro otoñosse retiraron y no se pesaron

5 años

Peso de la planta (tronco,raíces y ramas): 76,1 kg

Tapa

Agua de lluvia

Regó la planta durante 5 años con agua de lluvia


25

Entre 1771 y 1777, el químico inglés Joseph Priestley, uno de losdescubridores del oxígeno, puso bajo una campana de vidrio una velaencendida. Luego de un momento el aire encerrado no podía mantener lacombustión en ese aire residual, ni tampoco permitía la vida de un ratón.Sin embargo, una rama de menta sí se mantuvo con vida bajo la campanade vidrio y, en estas condiciones, una vela podía arder y un ratón podíarespirar; a ese aire que él llamó “reactivado”.

Figura 8. Ilustración del experimento de Joseph Priestley.

Figura 9. Ilustración del experimento de Jan Ingenhousz donde coloca bajo una campanade vidrio raíces y cortezas, hojas y tallos de forma independiente.

Unos años más tarde el médico holandés Jan Ingenhousz descubrió quelas plantas liberan oxígeno únicamente si estaban expuestas a la luz solary que sólo las partes verdes de la planta realizan dicho proceso.

En 1817, dos químicos franceses, Petellier y Caventou, aislaron unasustancia verde de las hojas y la llamaron clorofila, mientras que hacia1845, el médico alemán Robert Mayer enunció que las plantastransformaban la energía de la luz en energía química.

Hasta ahora se continúa conociendo detalles químicos y metabólicos deeste importante proceso. El secreto de la eficiencia del proceso de lafotosíntesis, clave para muchas formas de vida, podría hallarse en unmecanismo cuántico que, por primera vez en la historia, ha podidoobservarse en laboratorio gracias a una técnica denominada deespectroscopia electrónica de dos dimensiones realizada porinvestigadores norteamericanos.

Observa un pequeño vídeo de la fotosíntesis y responde algunas preguntasen http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/1ESO/reino_vegetal/activ_video.htm


26

¿Quiénes realizan este proceso de fotosíntesis?Para la realización de la fotosíntesis se requiere de un pigmento llamadoclorofila, pigmento que permite captar la energía lumínica provenientedel Sol y convertirla en energía química. Todo organismo que poseapigmentos activos capaces de captar la energía que proviene del Sol ygenera su propio alimento se dice que es autótrofo, en oposición aaquellos organismos que dependen de otro como fuente de alimento,conocidos como heterótrofo; por ejemplo, el hombre.

Dentro de la gran diversidad biológica podemos citar como organismosfotosintetizadores los siguientes:

¿En qué consiste el proceso de fotosíntesis?La fotosíntesis es un proceso anabólico en que los reactantes sonmoléculas pobres en energía, que se unen gracias a la energía lumínica yse transforman en moléculas ricas en energía, con liberación de oxígeno.Este proceso se resume en la siguiente ecuación general:

El Sol, una fuente de poderEl Sol emite radiaciones de diferentes longitudes de onda; entre estas, lasque forman parte del espectro visible por el ojo humano que van desdelos 400 nm a los 700 nm. Hace más de 300 años, el físico inglés IsaacNewton (1642-1727) dispersó la luz visible en un espectro de colores.Esto es lo que sucede en la formación de un arcoíris.

En 1900, Max Planck enunció la teoría por la que la transferencia deenergía radiante de un objeto a otro es por medio de unidades de energíaa las que llamo cuantos o fotones; de esta forma es como la radiaciónluminosa llega a la Tierra. Los cuantos o fotones tienen una energía quees inversamente proporcional a su longitud de onda. Los organismosfotosintetizadores captan la energía de la luz mediante diversospigmentos fotosensibles, entre los que destacan por su abundancia lasclorofilas y carotenos. Al absorber los pigmentos la energía de la luz, loselectrones de sus moléculas adquieren niveles energéticos superiores y sedice que están excitados. Estos pueden permanecer por periodos cortos eneste estado, luego la energía puede ser liberada y de esta forma serutilizada en el proceso de fotosíntesis.

6H2O + 6 CO2

luz

clorofilaC6H1206 + 602

Procariontes Eucariontes

Cianófitas (algas verde-azules)Bacterias verdeBacterias purpúreas del azufre

Algas unicelularesAlgas pluricelularesPlantas

Al pasar la luz solar através de un prisma sedescompone en loscolores del arcoíris.

¿SABÍAS QUÉ?


27

La presencia de lasprimeras célulasfotosintéticas implicótambién la aparición deorganelos celularesmetabólicamente máseficientes en lautilización de losrecursos como loscloroplastos, en dondeocurre la fotosíntesis.

¿SABÍAS QUÉ?

LA FOTOSÍNTESIS Y CÓMO INGRESA LA ENERGÍA EN LOS ECOSISTEMASEn un ecosistema, los productores primarios son los únicos organismos capacesde fijar la energía radiante del Sol y transformarla en energía química almacenadaen moléculas orgánicas altamente energéticas como la glucosa. A este proceso selo conoce como fotosíntesis y es fundamental para el sustento y funcionamientode un ecosistema. De hecho, es tan importante que resulta ser una variable clavea la hora de explicar los componentes que puede soportar un ecosistema.

Los organismos productores o autótrofos están representados por lasplantas, algas y bacterias en los ecosistemas terrestres; mientras que enlos ecosistemas oceánicos es el fitoplancton el que cumple esta función.El proceso fotosintético tiene por finalidad obtener compuestos orgánicoscomplejos de alto contenido energético a partir de compuestosinorgánicos simples de bajo contenido energético, como el y el .La fuente última de energía para esta síntesis es la luz del Sol, absorbiday convertida en energía química en los cloroplastos.

El agua y el dióxido de carbono son compuestos químicos de bajo contenidoenergético necesarios para que ocurra el proceso fotosintético. Las plantaspueden obtener estos reactantes fácilmente desde el suelo y el aire.

El producto resultante de la fotosíntesis es un hidrato de carbono, una moléculaorgánica que almacena grandes cantidades de energía en sus enlaces yconstituye la principal fuente de energía metabólica para las plantas. El oxígenoes otro producto de la reacción: el 20% del oxígeno presente en el aire provienede este proceso. Su liberación progresiva, desde hace unos 2000 millones deaños, ha generado grandes cambios en la composición química de la atmósfera,pasando de una atmósfera reductora a una oxidativa. Esta situación trajoconsigo cambios progresivos en las formas de vida y la necesidad de desarrollarnuevas vías metabólicas para enfrentar esta primera “crisis ecológica”.

H2OCO2

Conceptos C L A V E

• Ecosistema.• Moléculas orgánicas.• Agua.

Figura 10. Representación gráfica que muestra que hacen unos 2500 m.a. las cantidades de oxígeno eran muy bajas. Con laaparición de los primeros organismos fotosintéticos se evidencia un aumento progresivo en el porcentaje de oxígeno en laatmósfera y como consecuencia una disminución en el mismo grado del porcentaje de .Fuente: www.mineduc.cl, planes y programas científico humanista. Plan diferenciado de biología tercero medio.

CO2

4.600 3.600 2.600 1.600 600

CO2

O2

30

20

10

% e

n la

atm

ósfe

raTi

empo

(mill

ones

de

año

s)

Formación dela Tierra

Formación oceánosy continentes

Primerascélulas

Primerosvertebrados

Origen de eucariontesfotosintéticos

Inicio de laproducción de O2

Primeras célulasfotosintéticas

Aumento masivo deorganismos aeróbicos

Actualidad

Primeros organismos multicelulares(plantas y animales)


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Los cloroplastos: el centro de reacciones de la fotosíntesisEstos orgánulos celulares están formados por una membrana externa que lossepara del citoplasma y una membrana interna que se pliega en su interiorformando una serie de sacos membranosos aplanados llamados tilacoides. Alconjunto de tilacoides se le llama grana. Dentro de un cloroplasto puedehaber muchas granas, todas ellas bañadas de un líquido llamado estroma.

El arreglo de los tilacoides en sacos membranosos resulta ser un aspectoventajoso, ya que en el lumen de los tilacoides se constituye uncompartimento en donde se puede almacenar un pequeño número deiones H+, que resulta ser una buena cantidad para activar a muchasmoléculas transportadoras de electrones. Por otro lado, el estroma, que esla parte líquida entre la membrana de los tilacoides y la membranainterna de un cloroplasto, contiene enzimas necesarias para fijar el del ambiente y formar carbohidratos.

Numerosos estudios han indicado que las membranas de los tilacoides seubican tres componentes básicos para que ocurra el proceso fotosintético:(a) pigmentos fotosintéticos, (b) cadena transportadora de electrones y(c) partículas con la enzima ATP-asa.

CO2

Conceptos C L A V E

• Tilacoides.• Grana.• Estroma.

Cutícula

Epidermis superior

Epidermis inferior

Cutícula

Núcleo

Vacuola

Citoplasma

CloroplastoEstroma

Tilacoide

Espaciointermembranal

{ Mes

ófilo

Parénquima enempalizada

Parénquima esponjoso

Haz conductor

EstromaPelos simples

Cloroplasto

Figura 11. Todas las células que realizan fotosíntesis en una planta presentan cloroplastos.Cada uno de ellos está formado por sacos más pequeños llamados tilacoides. En la membranade ellos se ubican los pigmentos fotosintéticos que permiten captar la energía radiante del Sol.Fuente: http://www.educa.aragob.es/iescarin/depart/biogeo/varios/BiologiaCurtis/Seccion%202/2%20-%20Capitulo%209.htm

Membranainterna

Membranaexterna

Grana (pilasde tilacoides)


29

Los pigmentos capaces de atrapar la energía de la luz solar son elfundamento del proceso fotosintético, al convertirla en energía químicautilizable por los organismos vivos como las plantas.

El trabajo realizado por G. Engelmann, en 1883, entregó las primerasevidencias del rol de los pigmentos fotosintéticos. En su estudio utilizóun alga verde Spirogyra y las puso al microscopio junto con bacteriasaeróbicas e hizo incidir en ellos, mediante un prisma, el espectro decolores de la luz.

Sus observaciones indicaron que las bacterias se desplazaban a los lugaresdonde había una mayor concentración de oxígeno. Esto le permitió concluirque como el oxígeno es un producto de la fotosíntesis, entonces en loslugares donde hay más oxígeno hay también mayor actividad fotosintética.

Al graficar el número de bacterias versus la longitud de onda delespectro, concluye que las bacterias se agrupan preferentemente en zonasde violeta, azul, naranja y rojo del espectro.

Hoy se sabe de la existencia de una gran variedad de pigmentosfotosintéticos que se pueden clasificar en dos grupos:

a. Clorofilas A y B: le dan el color verde tan uniformemente presente enlos vegetales. Se encuentran prácticamente en todas las plantas consemilla, helechos, musgos y algas. Pueden formarse en las raíces,tallos, hojas y frutos, con la condición de que estos órganos esténsituados por encima del suelo y queden expuestos a la luz.

b. Pigmentos accesorios: se encuentran dos clases de pigmentos amarillosy amarillo-anaranjados que son los xantofilas y carotenides.

Ambos grupos de pigmentos son capaces de absorber longitudes de ondaentre los 400 nm (azul) hasta los 700 nm (rojo) de longitud de onda.

Figura 12. Representación gráfica del experimento de Engelmann.

380

Númerodebacterias Bacterias aeróbicas

Filamento de alga verdedel género Spirogyra

Longitud deonda delespectro deluz visible ennm.

450 550 650 750


30

La clorofila es una molécula compleja, formada por cuatro anillospirrólicos, un átomo de magnesio y una cadena de fitol larga (C20H39OH).Existen varios tipos de clorofila: la clorofila A es la más común, ya que seencuentra en todos los organismos fotosintéticos, pero seguramente hasnotado que existen plantas que no son verdes: ¿qué sucede?, ¿tendránclorofila? Pues sí, lo que sucede es que además de la clorofila, tienen otrospigmentos, llamados pigmentos accesorios. Estos absorben energía que laclorofila es incapaz de absorber, traspasando la energía a la clorofila.

La clorofilaCuando una sustancia tiene la capacidad de absorber la luz se dice que esun pigmento. El color de dicho pigmento tiene relación con la longitud deonda reflejada (no absorbida). La clorofila es un pigmento verde presenteen todas las células fotosintéticas. Este pigmento absorbe muchaslongitudes de onda, excepto el verde que es reflejado y percibido pornuestros ojos.

Figura 13. Estructura de la molécula de clorofila A o B.

Figura 14. Espectro de absorción de las clorofilas A y B. Existe una zona donde la absorciónes muy baja, y es la zona de mayor absorción de los pigmentos accesorios.

CH=CH2

H3C=C

C CH

CH3 HC=O en clorofila B

C

C--- C2H3C C

C

C

CH

H

HCCH2

CH2

COOC20H39COOCH3

H3C

CC

C

C

CH

C

C=O

C=CH3

C

HC Mg

N N C

N N

I

IV III

II

Longitud de onda nm

Efic

ienc

ia e

n la

abs

orci

ón

400 500 600 700

Conceptos C L A V E

• Clorofila A.• Clorofila B.• Betacarotenos.


31

Figura 15. Parénquima clorofílico presente en plantas de color verde y en algas o árboles dehojas rojizas, moradas o amarillentas pardo que contienen pigmentos como los carotenos yxantófilas.

Pero, ¿qué tiene de especial esta molécula que puede atrapar la luz solar?La respuesta está en el ión Mg que constituye el centro de reacción, yaque los electrones que componen al ión son alterados por fotones de luzazul, violeta y rojo. Cuando esto ocurre, un par de electrones se energiza,pasando a un estado de mayor excitación. Si logramos que estoselectrones (con su energía almacenada) sean atrapados por moléculasaceptores de electrones, se atrapa la energía de la luz solar. Hoy se sabeque en la membrana de los tilacoides se ubica un grupo de moléculasllamadas aceptores de electrones que atrapan estos electrones. Si estasmoléculas no existieran, la energía de los electrones se perdería como luz(fluorescencia) y calor.

Si se considera la clorofila como único pigmento fotosintético, la cantidadde luz atrapada sería muy escasa para abastecer las necesidadesmetabólicas de las propias plantas y como consecuencia de lascomunidades componentes de un ecosistema.

Se sabe que existen pigmentos accesorios, como los carotenos, queabsorben longitudes de onda comprendidas entre los 400 y 500 nm queno son absorbidas por la clorofila. Esto permite aumentar el rango deabsorción de la luz. La luz atrapada por estos pigmentos accesorios esenviada a un centro de reacción llamado fotosistema, que está formadopor una agregación de unos 200 a 300 pigmentos. De ellos se hanidentificado dos: el fotosistema I o P 700, que absorbe longitudes deonda de 700 nm, y el fotosistema II o P 680, que absorbe longitudes deonda de 680 nm.

Ambos fotosistemas actúan conjuntamente o de forma individual, de estemodo se puede mantener un flujo continuo de electrones que mantiene elciclo de la vida.


32

1. Respecto a los experimentos de Engelmann realizados con el alga Spirogyraresuelve:a. ¿Qué problema intenta resolver el experimento? b. ¿Qué tipo de relación puedes establecer entre el alga y las bacterias

aeróbicas?

2. ¿Qué rol cumplen los pigmentos llamados carotenos en la fotosíntesis?

3. ¿Por qué el espectro de acción de la tasa fotosintética no coincide con elespectro de absorción de la clorofila a, sabiendo que este pigmento es elcentro de la reacción y es el único que se excita frente a un fotón de luz?

4. Se sabe que el proceso de la fotosíntesis ocurre en la membrana de lostilacoides de un cloroplasto. ¿Qué importancia tiene la membrana de estosorganelos celulares?, ¿podrían ocurrir todas las etapas de la fotosíntesis en elestroma de un cloroplasto? ¿Por qué?


A partir de la experienciade Engelmann

• Descripción.• Interpretación.• Aplicación.

Habilidades

Figura 16. Representación gráfica del rango de absorción de luz que aumenta con lapresencia de tres tipos (clorofila A, clorofila B y B-carotenos) de pigmentos y con ello,también aumenta la tasa relativa de fotosíntesis.

Longitud de onda (nm)

Clorofila A

Espectro de acción de la fotosíntesis

Clorofila B

B-carotenos

400 500 600 700

100

80

60

40

20

0

Abso

rció

n

Tasa

rela

tiva

de fo

tosín

tesis

Las clorofilas, los carotenos y las xantofilas aumentan el rango de absorciónde la luz solar, haciendo más eficiente el proceso de la fotosíntesis.


33

IntroducciónEn esta actividad es importante el orden y el cuidado de cada etapa. Organicenun grupo de trabajo con tus compañeras y compañeros. Lleguen a acuerdos paraque uno de ustedes sea el encargado de tomar apuntes de lo que se realiza, otrosmanipulen los materiales, entre otras cosas. Un trabajo bien realizado parte con elrespeto y colaboración entre todos los integrantes del grupo. No olviden que laresponsabilidad individual es la clave para el éxito grupal.

En esta oportunidad realizaremos dos actividades:

ACTIVIDAD 1Paso 1: Preguntas de investigación a. ¿Qué piensan que pasará si las plantas vivieran en zonas sin oxígeno?b. ¿Qué notan acerca de aquellas plantas que viven en zonas con alta

contaminación atmosférica?c. ¿Qué les gustaría saber acerca de la participación del oxígeno en la

fotosíntesis? d. ¿Cómo explicarían la presencia de oxígeno en la naturaleza?

Paso 2: Formulación de hipótesisA partir de estas preguntas, formulen una hipótesis para luego ser validada orechazada con el siguiente diseño experimental.

Paso 3: Diseño experimental El procedimiento que les proponemos realizar es el siguiente:

1. El vaso de precipitado contiene una solución de bicarbonato de sodiopreparada de la siguiente manera: 100 ml de agua, más 25 g de bicarbonatode sodio y un retoño de elodea.

2. Realicen el montaje de la actividad según la figura.3. En la punta de la jeringa sin émbolo y que está invertida, coloquen una

pequeña manguera transparente sellada herméticamente con una pinza“sujetapapeles” o un clip fuerte.

4. Es importante que marquen el nivel del agua de la jeringa.5. Dejen el montaje expuesto a la luz por lo menos 10 horas.

Paso 4: Registro de datosTranscurrido el tiempo observen y registren el nivel del agua en la jeringa.

Paso 5: Análisis de datosCon los resultados obtenidos, respondan las siguientes interrogantes:1. ¿Se observa algún cambio en el nivel del agua? 2. ¿Cómo explican la diferencia?3. Pongan atención en los retoños de elodea. ¿Qué son esas burbujas que se

observan en su superficie?4. ¿Qué sucede si acercan una astilla de madera o pajuela incandescente a la

abertura de la manguera? Planteen una hipótesis.

• Formulación de hipótesis.• Planeamiento y conducción de

una investigación.• Registro de las observaciones.• Interpretación de evidencias. • Elaboración de conclusiones.• Comunicación de los resultados.

Habilidades

• Una lámpara con una ampolletade 100 W.

• Una jeringa plástica.• Una astilla de madera (varilla de

escoba).• 25 g de bicarbonato de sodio. • Un vaso de precipitado de boca

ancha.• Un embudo transparente.• Retoños de elodea (algas de

acuario). • Agua. • Manguera transparente.

Materiales


Los productos de la fotosíntesis


34

5. ¿Cómo explicarían el fenómeno observado en el punto 4?6. ¿Qué gas libera la planta?7. ¿Cuál es la finalidad de la solución del bicarbonato de sodio?8. ¿Qué relación existe entre la solución de bicarbonato de sodio y la

producción de oxígeno?9. ¿Qué factores pueden modificarse para aumentar la cantidad de oxígeno?10.¿Qué importancia tienen las plantas en nuestro ecosistema?

ACTIVIDAD 2Paso 1: ObservaciónEs probable que con anterioridad a esta actividad, ya sepan que la luz tieneuna importancia vital para las plantas, y por otro lado, podremos saber alrealizar esta actividad, si eso se cumple o no. Ya hemos comprobado que lasplantas tienen tejidos especializados, ahora sabremos porqué sonimportantes.

Paso 2: Preguntas de investigación1. ¿Qué piensan que pasará si las hojas son aisladas de la luz? 2. ¿Qué notan acerca de las plantas que no se exponen a la luz?3. ¿Qué les gustaría saber acerca de cómo almacenan su alimento las plantas?4. ¿Cómo explicarían la acción y efecto de la luz en las plantas?

Paso 3: Formulación de hipótesisA partir de estas preguntas formulen una hipótesis para luego ser validada orechazada con el siguiente diseño experimental.

Paso 4: Diseño experimental1. Envuelvan durante unos 5 días unas dos hojas de una planta con papel

aluminio.2. Rieguen la planta como siempre. Al cabo del tiempo indicado, retiren el

papel de aluminio y observen la hoja, comparándola con el resto de laplanta. Más adelante, podrán detectar experimentalmente la presencia dealmidón en las hojas cubiertas.

Paso 5: Registro y ordenamiento de datos En un cuaderno de registro, anoten y dibujen las observaciones realizadasdurante el desarrollo experimental.

Paso 6: Análisis de datosA partir de las siguientes preguntas, analicen sus resultados y establezcan elgrado de validez de la hipótesis planteada. 1. ¿Se detectaron diferencias entre las hojas cubiertas y las demás hojas de la

planta?2. ¿En qué tipo de hoja se comprobó la presencia de almidón?3. ¿La luz tiene un efecto sobre la producción de almidón?

Paso 7: Conclusión y comunicación de los datosElaboren una conclusión con los datos y las respuestas obtenidas de lasinterrogantes del análisis en ambas actividades confeccionando un afiche conlos datos relevantes.

• Una planta con varias hojas(cardenal o geranio u otra).

• Papel de aluminio.

Materiales


35

DINÁMICA DEL PROCESO FOTOSINTÉTICOEl proceso de la fotosíntesis puede ser estudiado básicamente en cuatroetapas, cada una de ellas ubicados en sitios específicos del cloroplasto. Todosellos están orientados y controlados por la producción de carbohidratosnecesarios para la planta. Los tres primeros eventos ocurren necesariamenteen presencia de la luz, mientras que el cuarto es independiente de la luz: (1) Reacciones fotoquímicas, (2) Cadena transportadora de electrones, (3) Síntesis de ATP y (4) Fijación del carbono (conocida como etapa oscura).

Un fotón de luz solar puede incidir al mismo tiempo en el fotosistema I(P 700) y en el fotosistema II (P 680), excitando dos electrones de lamolécula de clorofila en cada fotosistema hasta cuando son expulsados dela molécula (etapa 1).

Para que la energía contenida en los electrones no se pierda como calor y luz,un grupo de moléculas llamadas aceptores de electrones ubicadas en lasmembranas de los tilacoides, atrapan los electrones y los transfieren mediantemecanismos de oxido-reducción. Debe quedar claro que estas moléculastransportan iones H+ y no solamente electrones. En el caso del fotosistema I,los electrones son atrapados y transferidos hasta el último aceptor llamadoNADP+, que al recibir los dos electrones forma una molécula de mayor energía:el NAPH o poder reductor, mientras que los hidrógenos provienen de ladisociación del agua del estroma. La situación anterior deja al fotosistema Iinactivo a menos que se le suministren los electrones que perdió. Estoselectrones son repuestos por el fotosistema II (P 680), que al ser excitado porun fotón de luz, libera un par de electrones que son aceptados en la cadenatransportadora de electrones junto a iones de H+. En su recorrido pierdenenergía formando ATP. La cadena termina llevando los electrones hasta elfotosistema I (P 700), reponiendo los que faltaban (etapa 2).

Conceptos C L A V E

• Reacciones fotoquímicas.• Cadena transportadora

de electrones.• Síntesis de ATP.• Fijación del carbono.

Figura 17. La fotosíntesis ocurre en la membrana de los tilacoides. El flujo de electrones a través dela cadena transportadora genera una acumulación de iones de hidrógeno en el espacio tilacoidalque luego son bombeados por una enzima ATP-asa sintetasa, generándose ATP y NADPH quefinalmente se usará para fijar el en ciclo de Calvin ubicado en el estroma del cloroplasto.CO2

Ciclo de Calvin CO2

ATP

NADP

ATP

H+

H+

H+

H+

NADPH+H+

NADP+

+2H+

Foto-sistema

I

Foto-sistema II

H2OH+ O2

Estroma

Mem

bran

a fo

tosin

tétic

a (m

embr

ana

tilac

oida

l)

Luz

Lumen

ATP

ADP + PNADPH

Reacción oscura del ciclo de Calvin

ATP

ADP

Ribulosa1,5 difosfato

PGAL PGA

fosfogliceraldehído

ADP


36

El recorrido de los iones de H+ y electrones a través de la cadenatransportadora permite la acumulación de protones de Hidrógeno (H+) enel lumen de los tilacoides. Esto genera una diferencia de concentracionesde iones de hidrógeno, haciendo que los H+ acumulados en el lumentiendan a salir moviéndose hacia el estroma; pero como la membranatilocoidal es impermeable a los iones que necesitan acoplarse a uncomplejo de membrana llamado F1. En este complejo existe la enzimaATP-asa que por cada dos electrones que pasen hacia fuera se produce unATP a partir de ADP + Pi (etapa 3).

La falta de electrones en el fotosistema II (P 680) es compensada cuandola luz solar incide sobre las moléculas de agua rompiéndola en electrones,protones (H) y oxígeno (fotólisis del agua). Los electrones pasan acompletar el fotosistema II, los protones son transferidos al NADP y eloxígeno es liberado al ambiente.

Las siguientes reacciones ocurren en el estroma de un cloroplasto y puedensuceder durante el día o la noche. El NADPH y el ATP producidos en lasreacciones dependientes de la luz deben ser usados inmediatamente debido asu inestabilidad energética. Esta energía debe ser prontamente almacenadaen moléculas orgánicas más estables como la glucosa (etapa 4).

Para sintetizar glucosa la planta deben absorber a través de susestomas y fijarlo en el cloroplasto, luego incorporarlo a una serie dereacciones cíclicas llamada ciclo de Calvin. Para que se forme uncarbohidrato de seis carbonos es necesario fijar seis moléculas de .

Para ello, la enzima llamada RuBP (ribulosa bifosfato carboxilasa) incorporael a un compuesto de cinco carbonos llamado ribulosa bifosfato (RBP).Esta unión permite la formación de un azúcar de seis carbonos que se rompepara formar dos moléculas de ácido fosfoglicérido (PGA) de tres carbonoscada una. Luego por la acción del NADPH y el ATP se convierten en moléculasde fosfogliceraldehído-3-fosfato (PGAL), que es una molécula bastanteenergética y versátil. Del total de las moléculas de PGAL formadas en el ciclode Calvin, dos de ellas son usadas por las plantas para formar glucosa,mientras que las restantes son empleadas para formar nuevamente Ribulosabifosfato (RBP). A las plantas que utilizan esta vía metabólica de fijación delcarbono son llamadas plantas C3 que habitan en lugares templados como porejemplo, la soya.

La molécula de glucosa resultante tiene un alto contenido energético y unafracción de ella puede ser usada por las propias plantas para su crecimiento ydesarrollo, mientras que otra fracción puede ser almacenada en sus tejidos.Por lo tanto, esta fracción almacenada queda disponible como fuenteenergética para el siguiente nivel trófico en las cadenas y redes alimentarias.

CO2

CO2

CO2

H2O 2e- + 2H+ + 1/2O2

Al P680 Espaciotilacoide

Liberado alambiente

La fotosíntesis se realizaen los cloroplastos dondeocurre la fasefotoquímica en lostilacoides y la fasebioquímica en el estroma.

¿SABÍAS QUÉ?

Luz

O2 CO2

ATP

NADPH

Fase oscuraC3

(estroma)

Cloroplasto

ADP

NADP+

Glucosa

H2O


37

Productos de la fotosíntesisLa fotosíntesis genera dos productos fácilmente identificables: el oxígeno quees liberado a la atmósfera y un hidrato de carbono –la glucosa–, que es usadopor la planta o almacenado en paquetes de glucosa que forman el almidón.La glucosa generada puede ser utilizada de diversas formas como seresumen en el siguiente esquema:

Adaptaciones de las plantas para fijar el CO2

Las plantas verdes han colonizado diferentes tipos de hábitat en dondelas condiciones ambientales son muy distintas y por lo tanto, la eficienciafotosintética también se ve alterada. Para solucionar este problema lasplantas han tenido que adaptarse a las condiciones ambientales,modificando el tejido de las hojas y algunas rutas metabólicasrelacionadas con la captura de la molécula de . Según lo anterior, sehan identificado las siguientes adaptaciones:

a. Plantas C4. En este caso los tejidos de la hoja se modifican en doscompartimentos; en uno se fija el , mientras que en el otro, sesintetiza la glucosa a través del ciclo de Calvin.

CO2

CO2

Conceptos C L A V E

• Glucosa.• Almidón.• Proteínas.• Lípidos

Conceptos C L A V E

• Plantas C3.• Plantas C4.• Plantas CAM.• Estomas.• Ciclo de Calvin.

Figura 18. Diagrama que muestra los posibles usos de la glucosa en una planta.

Figura 19. Diagrama que muestra el ingreso de por los estomas para ser fijado yutilizado en el ciclo de Calvin en las plantas C4.

CO2

La glucosa se une para formarcelulosa que forma la pared de lascélulas vegetales.

La glucosa puede ser utilizada parala formación de otros compuestosorgánicos como las proteínas quetienen un rol funcional y estructuralimportante y lípidos, principalmenteaceites.

La glucosa puede ser almacenadacomo almidón en semillas (como elmaíz), tubérculos (papa) o raíces(zanahoria).

La glucosa es usada por la planta parala producción de energía por medio dela respiración celular, especialmentedurante la noche.

Glucosa

Fotosíntesis

ÁcidoOxaloacético

NADPH + H

NADP

NADPH + HRuBP

PGACiclode

Calvin

CO2

AMP + 2P

ATPNADPÁcidoMálico

ÁcidoMálico

Hidrato decarbono(hexosa)

Célula dela vaina

Célula delmesófilo

ÁcidoPirúvico

ÁcidoPirúvico

Fosfoenolpiruvato (PEP)

CO2


38

El entra por los estomas y en el citoplasma de las células del mesófilose une a una molécula de tres carbonos, fosfoenolpiruvato (PEP), formandoun compuesto de cuatro carbonos llamado Oxaloacetato. Este compuestoreacciona con el NADPH y genera el compuesto Malato de cuatro carbonos.De esta forma el malato ingresa al estroma del cloroplasto de las célulasde la vaina donde libera un carbono en forma de y convirtiéndosenuevamente en Piruvato para ser reutilizado en forma de PEP.

Esta adaptación de las plantas para vivir en climas secos y calurosospermite separar espacialmente las vías dependientes de las independientesde la luz. Por ejemplo, en condiciones de altas temperaturas y presiones deoxígeno elevadas, la enzima Rubisco disminuye su eficiencia uniéndose aloxígeno, por lo que la planta fotorrespira en vez de hacer fotosíntesis. Sin embargo, las plantas C4 no disminuyen su tasa fotosintética, ya quelas altas cantidades de oxígeno no afectan la función de la Rubiscoubicada en un espacio más interno.

Por otro lado, son capaces de almacenar en las células vasculares ypor lo tanto, pueden continuar su fotosíntesis cuando las presionesparciales de son bajas, incluso cuando los estomas están cerradospara no perder agua por transpiración. Dentro de este grupo de plantasdestacan las hierbas, caña de azúcar y el maíz.

CO2

CO2

CO2

CO2

b. Plantas CAM. Son plantas que tienen las hojas gruesas y esponjosaspor acumulación de agua; por ejemplo, las orquídeas, los cactus, piñasy plantas suculentas. El mecanismo de fijación del es idéntico alde las plantas C4; solo que el malato se acumula en las células que loproducen. Como sus vías metabólicas están adaptadas a hábitat declima seco, solo abren sus estomas durante la noche para acumular yfijar el y los cierran en el día. Durante el día el malato transfiereel carbono al ciclo de Calvin.

c. Plantas C3. Todas las plantas fijan el carbono a través de un ciclofotosintético que involucra sobre todo intermediarios que contienentres átomos de carbono. Entre ellas se encuentran: las cianobacterias,algas verdes y la mayoría de las plantas vasculares.

CO2

CO2

Figura 20. Representación gráfica de una planta de maíz y soya y la cantidad de consumido por unidad de energía de luz absorbida.

CO2

Temperatura de la hoja, ºC

C3

Cant

idad

de

CO2

cons

umid

o/un

idad

de e

nerg

ía d

e lu

z abs

orbi

da

10 20 30 40

C4


39

Factores que regulan la eficiencia de la fotosíntesisLa eficiencia con que los organismos fotosintéticos almacenan la energíay la ponen a disposición de otros organismos en un periodo, resulta serun factor crítico para la mantención de los ecosistemas, ya que podríalimitar la cantidad de especies que puede soportar.

La fotosíntesis puede ser más eficiente bajo algunas condiciones que enotras. Como el proceso fotosintético consta de reacciones fotoquímicas ybioquímicas de la luz y el calor, resultan ser variables importantes paraexplicar la eficiencia fotosintética. Algunos estudios han demostrado quecuando la intensidad de la luz se incrementa, la tasa fotosintéticatambién aumenta hasta que las cantidades de ATP y NADPH son muyelevadas, que impiden la fijación del y la curva disminuye.

La tasa fotosintética también ocurre más lentamente a temperaturas bajasque a temperaturas moderadas. A muy bajas temperaturas, la probabilidadque las reacciones ocurran son bajas, mientras que a muy altas temperaturaslas proteínas se desnaturalizan y las reacciones químicas se detienen. Porotro lado, cuando la temperatura es baja y la intensidad de la luz es alta, latasa de fijación del es incapaz de utilizar los productos generados porlas reacciones fotoquímicas a la misma velocidad con que son producidos.

CO2

CO2

Por lo general, la mayoría de las plantas realizan eficientemente la fotosíntesisen un rango de 10 a 35° C. Sin embargo, si las cantidades de se mantienencontroladas, la tasa fotosintética experimenta un aumento entre los 25 y 35 °C,luego de este rango de temperatura, la tasa fotosintética disminuye.

Se ha demostrado que las plantas que crecen a la luz aumentan su tasafotosintéticas, mientras que aquellas que crecen a la sombra mantienen unatasa fotosintética muy baja. Sin embargo, las plantas que crecen a la sombrason mucho más eficientes en utilizar intensidades de luz baja. También sesabe que las variaciones en la concentración de reactantes y productosinfluyen en la eficiencia fotosintética. Por ejemplo, las concentraciones de

frecuentemente limitan la reacción. Se ha observado que a medida queaumenta la concentración de en la tasa fotosintética, también aumentahasta un punto crítico en donde por más que aumente la cantidad de ,la tasa fotosintética se mantiene constante.

CO2

CO2

CO2

CO2

Figura 21. Gráfico que muestra la tasafotosintética en distintas condiciones deintensidad de luz y temperatura.

Conceptos C L A V E

• Intensidad de la luz.• Tasa fotosintética.• Tasa de fijación del CO2.• Eficiencia fotosintética.

Intensidad de luz

Tasa límite de temperatura

Tasa

límite

de l

uz

Tasa

de

foto

sínte

sis

Temperatura alta

Temperatura baja

Nuestro planeta Tierrarecibe una gran cantidadde radiación solar, delcual solo el dos porciento es utilizado porlas plantas para lafotosíntesis, lo quepermite producir 120.000millones de toneladas demateria orgánica anual.¡Increíble!

¿SABÍAS QUÉ?


40

Se ha probado que cuando la presión parcial de oxígeno ambiental eselevada, la enzima Rubisco se une al oxígeno y no al , inhibiendo latasa fotosintética. Esto trae como consecuencia un aumento en la tasa derespiración y una disminución en la tasa fotosintética.

CO2

Sin embargo, en los ecosistemas naturales las plantas no viven solas, sinoque establecen una serie de dependencias tróficas con otros organismos ycon el ambiente. A las especies componentes de un ecosistema quedependen tróficamente de las plantas se llaman heterótrofos. Cuando estosorganismos depredan sobre las plantas, al mismo tiempo están consumiendoindirectamente una fracción de la energía fijada por las plantas. La visiónanterior nos entrega las primeras evidencias de un ecosistema estructurado ypor lo tanto, factible de ser estudiado.

Hasta ahora se ha estudiado como las plantas (organismos autótrofos) sonlas únicas capaces de capturar la energía radiante del Sol y convertirla enenergía química contenida en los enlaces covalentes de moléculas de azúcarcomo la glucosa.

Figura 22. Variación de la tasa fotosintética en plantas expuestas a la sombra y a la luz ,(a) variación de la tasa fotosintética a distintas intensidades luminosas según lasconcentraciones de , y (b) variaciones de la tasa fotosintética en presencia deconcentraciones de oxígeno distintas (c).

CO2

Figura 23. Representación esquemática del proceso de la fotosíntesis.

Intensidad luminosa

Planta de solPlanta de sombraIn

tensid

ad fo

tosin

tética

200

180

160

140

120

100

80

60

40

20

0

80

60

40

20

5 10 15 20 25 30Concentración de CO2 (mol/l)

123 klux

21,9 klux0,5 % O2

20 % O2

6,31 klux

Desp

rend

imien

to d

e O2

(mm3 /h

ora)

Asim

ilació

n de

l CO 2

(mol/

l)

10 20 30 40

Energía

+

+

Cloroplasto

ADPNADP

ATP yNADPH+H+

O2

Fase fotoquímica(tilacoides)

Fase bioquímica(estroma)

H2O CO2

Fijación

C6H12O6

Ciclo de Calvin

Utilización de la energíay su ciclo

Luz absorbidapor pigmentos

Clorofila

¿Cómo se realiza lafotolisis del agua?


41

1. Interprete los resultados ilustrados en el gráfico en base a susconocimientos sobre la fotosíntesis.

2. ¿Qué efectos tiene la concentración de en la eficiencia fotosintética?3. Si se coloca una de la planta de maíz en una atmósfera libre de y con

luz brillante ¿continuarán las reacciones luminosas generando ATP y NADPHindefinidamente? Explique.

4. Se sabe que el proceso de fotosíntesis captura eficientemente alrededor deun 1% de la luz visible en forma de moléculas orgánicas en cada una de sushojas. ¿Qué sucede con el resto de la energía?

5. Indica en qué lugar del cloroplasto se encuentran las siguientes estructuraso componentes:a. Cadena transportadora de electronesb. Fotosistema I y IIc. Enzimas fijadoras de d. Protones de hidrógenos

6. Explica la función que cumple la molécula de agua en el procesofotosintético.

7. ¿Por qué frecuentemente se dice que la tasa de producción de oxígeno esuna buena medida de la tasa fotosintética experimental?

8. ¿Qué utilidad tienen el ATP y el NADPH en el ciclo de Calvin?9. Si la producción de oxígeno es el resultado del transporte de electrones en

la membrana fotosintética, ¿por qué entonces los niveles de la tasa deemisión de oxígeno limita la tasa de producción fotosintética?

10.Utilice el siguiente esquema para representar las etapas de la fotosíntesis:

CO2

CO2

CO2


Comparación de la intensidadfotosintética del maíz y la betarraga

• Interpretación de datos en ungráfico.

• Predicción a partir de los datosde un gráfico.

• Aplicación de lo aprendido.

HabilidadesMaíz

Betarraga

1,5

1,0

0,5

0 100 200 300 400 500

Concentración de CO2 atmosférico (ppm)Inten

sidad

de f

otos

íntes

is ne

ta (m

gde

CO 2

fijad

o/m2

de h

oja/s

egun

do)

NADPH

Agua

Oxígeno Glucosa

Dióxido de Carbono

Fase ligera de fotosíntesis

Tilacoides

Fase oscura de la fotosíntesis

Estroma


42

Todas las algas pigmentadas contienen clorofila, beta caroteno ypigmentos accesorios. Encontramos algas en tierra, agua no salada y en elmar, sobre piedras, en la corteza de árboles, en fuentes termales yregiones polares. Algunas son epífitas (crecen sobre plantas) y otras sonendófitas (viven dentro de otras plantas).

Dentro de este grupo de organismos encontramos el fitoplancton, que sonalgas microscópicas que viven dispersas en las aguas y son fuenteimportante de alimento en el ambiente donde estén presentes.

Figura 24. Las algas son organismos fotosintetizadores de organización sencilla que vivenen el agua o en ambientes muy húmedos. Pertenecen al reino protista y son autótrofos.

No olvidemos a las algas Chile con su larga costa presenta una gran cantidad de especies de algas;sin embargo, no les damos la importancia que tienen, convirtiéndose enuna fuente de alimentación poco valorada por la mayoría de los chilenos. La mayor parte de las especies de algas viven en el mar o en lagos y charcos,pero muy pocas son capaces de sobrevivir sobre la tierra en lugares húmedos.

Las algas se clasifican en algas verdes, pardas y rojas, aunque, todas ellasposeen pigmentos fotosintéticos que les permite utilizar la luz comofuente de energía.

Las algas verdes (clorofíceas) contienen clorofila, el principal pigmento de lafotosíntesis entre los vegetales terrestres. Estas algas viven cerca de lasuperficie del agua. Por su parte, las algas pardas (feofíceas, por ejemplo, elcochayuyo), además de clorofila, contienen un pigmento pardo, que posee lapropiedad de captar la luz que llega a lugares más profundos. Finalmente lasalgas rojas (rodofíceas, Ej.: coralina) contienen pigmentos de color rojo.Estos son capaces de captar rayos solares que alcanzan una profundidad devarios metros. De ese modo, la posición de uno u otro pigmento guardarelación con la distribución en profundidad de los principales grupos dealgas. No hay que olvidar que las algas por su gran número (tres cuartaspartes del planeta está cubierta por agua) son la principal fuente denutrientes y oxígeno del planeta debido a su alta tasa fotosintética.

MÁSQUE BIOLOGÍA

De las algas se extrae elagar, la algina y elcarrageno. El agar seutiliza en la preparaciónde medios de cultivo demicroorganismos, se usapara endurecer pescadosy carnes enlatadas, en lamanufactura de quesos,mayonesa, cremas ybudines. También se usacomo laxante, en lacubierta de cápsulasmedicinales y preparaciónde lociones y ungüentos.El carrageno se utiliza enla preparación de salsas,bebidas de chocolate, ypara estabilizar pinturas ycosméticos. La algina seusa en la manufactura demantecados, gomas decomer y en dulces derepostería.


43

RELACIÓN BIOLÓGICA ENTREAUTÓTROFOS Y HETERÓTROFOSLas relaciones que se establecen entre los diferentes organismos vivosaseguran un flujo constante de materia y energía, lo que permite la vidaen el planeta.

Se llaman relaciones alimenticias o tróficas a aquellas basadas en latransferencia de materia y energía de unos organismos a otros, a travésde la alimentación.

La cadena alimentaria es una representación en la cual los organismosestablecen una relación de alimentación en donde los primeros individuossirven de alimento a otros y así sucesivamente. La materia y energíacircula de un eslabón de la cadena a otro.

Una cadena alimentaria está integrada por tres niveles tróficos fundamentales:

Los diferentes niveles tróficos de una cadena alimenticia se conectan entresí por medio de flechas, siempre señalando de productores a consumidores.

¿Qué son los productores? Son organismos autótrofos; es decir, transforman la luz solar en energíaquímica a través del proceso de fotosíntesis. Los productores introducen laenergía en una cadena alimenticia, por lo tanto siempre ocupan el primerlugar en una cadena alimenticia. Sin productores no hay cadena alimenticia.

Pertenecen a este nivel trófico plantas, algas y el fitoplancton.

Conceptos C L A V E

• Productores.• Consumidores.• Descomponedores.

Productores(Autótrofos)

Consumidores(Heterótrofos)

Descomponedores

Figura 25. Relaciones simples de los niveles tróficos.

Figura 26. Los seres vivos que utilizan la energía del Sol para fabricar su propio alimentoson los organismos autótrofos.

El plancton estáconstituido por pequeñosorganismos microscópicosque viven en el mar. Sedistinguen dos grandesgrupos: fitoplancton,organismosfotosintetizadoresmicroscópicos, y,zooplancton, organismosno fotosintetizadores quese alimentan delfitoplancton.

¿SABÍAS QUÉ?


44

¿Qué son los consumidores?Son organismos heterótrofos; es decir, se alimentan de otros seres vivospara obtener materia y energía. Existen varias clases de consumidores:a. Consumidores primarios: son aquellos que se alimentan directamente de

los productores (herbívoros).b. Consumidores secundarios: son predadores que se alimentan de herbívoros.

Dependiendo el tipo y extensión de la cadena trófica pueden encontrarseotros eslabones; por ejemplo, consumidores terciarios y cuaternarios.

¿Qué son los descomponedores?Son organismos que obtienen materia y energía mediante ladescomposición de cadáveres y restos orgánicos. Actúan sobre cualquiernivel y pertenecen a este grupo hongos y bacterias.

Figura 27. Los depredadores son organismos que se alimentan de otros seres vivos.

Figura 28. Los hongos y las bacterias ayudan al aprovechamiento de la materia en elecosistema; es decir, segregan enzimas digestivas sobre el material muerto o de desecho yluego los absorben para ser incorporados nuevamente al ecosistema.

Los detritus son elresultado de ladescomposición de lamateria orgánica. Hayvarios organismos que sealimentan de ella.Particularmente el fondomarino posee muchodetritus, que es la basealimenticia de muchasespecies marinas. Por lotanto, este tipo deespecie forman parte decadenas alimenticiasllamadas cadenas tróficasde detritus, las cuales nose inician con elproductor, sino quepueden surgir de losdetritus.

¿SABÍAS QUÉ?

Los descomponedores transforman la materia orgánica en inorgánica. Estopermite que se cierre el ciclo. La materia inorgánica que está disuelta enel agua puede ser absorbida a través de las raíces, de forma de volver aser utilizada por las plantas.


45

Flujo de materia y energía en un ecosistemaSe distinguen varias etapas del flujo de materia y energía: 1. La incorporación de energía y compuestos inorgánicos ( y agua).2. Formación de materia orgánica a partir de los compuestos inorgánicos.3. El consumo de la materia orgánica por los herbívoros y carnívoros. 4. La desintegración de la materia orgánica.

Por lo tanto en un ecosistema la materia es utilizada una y otra vez enforma cíclica; por el contrario, la energía es empleada una vez y se vaperdiendo a lo largo de las etapas en forma de calor o trabajo, y nopuede volver a ser utilizada.

CO2

Dentro del ecosistema, la materia se aprovecha de forma continua. Encambio, la energía se emplea una sola vez, perdiéndose progresivamentea lo largo del proceso en forma de calor y de trabajo; por lo tanto, esnecesario incorporarla al sistema en forma continua.

La materia orgánica sintetizada por los autótrofos es transferida a losorganismos heterótrofos que forman parte del ecosistema. Las cadenas tróficaso de los alimentos son el resultado de los procesos de transferencia de materiaorgánica o energía alimenticia, desde su origen en los seres autótrofos o restosorgánicos, a través de los demás organismos del sistema. Algunos organismosconsumen a los autótrofos y son a su vez consumidos por otros organismos,dando lugar a la cadena del pasto. Por otra parte, la cadena del detritus seinicia con los restos orgánicos (deyecciones, hojas y ramas muertas, cadáveres,etcétera) consumidos por organismos saprófagos. Ambas cadenas se encuentranentrelazadas. La trama trófica o red trófica es la compleja interconexión queexiste entre las cadenas tróficas dentro de un ecosistema.

Figura 29. Representación simplificada del flujo de materia y energía.

Figura 30. Flujo de la materia y energía dentro del ecosistema.

Luz

Compuestosinorgánicos

1. Las plantas absorbendióxido de carbono

2. Las plantas producencompuestos de carbono

3. Las plantas liberanel oxígeno que seusa en la respiración

5. Los descomponedores formandióxido de carbono

4. Al comer plantas, losanimales absorbencompuestos de carbono

6. Los procesos industriales y las erupcionesvolcánicas también incorporancompuestos de carbono a la atmósfera

Plantas Herbívoros

Descomponedores

Carnívoros

Adaptaciones de plantas en zonas de Chile

46

sta científica Revista científica Revista científica Revista científica Revsta científica Revista científica Revista científica Revista científica Rev

Adaptaciones de plantas en zonas de Chile

Cactus Tamarugo

Las características del medio ambiente son determinantes para eltipo y variedad de seres vivos y estas son los factores climáticos,factores del suelo, condiciones de luz, ubicación geográfica,etcétera.

Principalmente, los seres vivos debenadaptarse a la escasez de agua, granintensidad de radiación solar, altastemperaturas durante el día y muybajas durante la noche.La vegetación es del tipo xerofítica; esdecir, adaptadas a lugares secos:herbáceas, arbustos espinosos y dehojas duras, cactus y solo en lugarescon disponibilidad de agua sedesarrollan árboles. Grandesextensiones del área carecenabsolutamente de vegetación, entanto otras solo presentan unacubierta vegetal efímera después demuy escasas lluvias. Es el caso del“desierto florido”.

En vegetales podemos destacar dosformas de adaptación representadas en: • Cactus; presentan hojas modificadas

en forma de espinas para disminuirla pérdida de agua por transpiración.Por ejemplo, el cactus candelabro(Browningia candelaris).

• Tamarugo; en pequeños oasispodemos encontrar agrupaciones detamarugos (Prosopis tamaruro),algarrobos (Prosopis chilensis),chañares (Geoffroea decorticans),todas especies arbóreas que midensobre los cinco metros de altura. Sushojas son pequeñas, tienennumerosas espinas, largas yprofundas raíces adaptadas paracaptar aguas de profundas napassubterráneas.

Zona Norte

MÁSQUE BIOLOGÍA

Las raíces de una higuerasilvestre han llegado apenetrar 120 metros deprofundidad.El mayor cactus delmundo es una especiemexicana llamadasaguaro. Puede alcanzarsobre los 15 metros dealtura.

CCOONN cciieenncciiaa

Recuerda que el equilibrionatural puede verseafectado por la desmedidaactividad humana.Cuidemos lo que harequerido de millones deaños para desarrollarse.Solo tenemos un planetadonde vivir.

47

vista científica Revista científica Revista científica Revista científica Revista científica Revista científica Revista científica Revista científica Re

Espino Litre Peumo Belloto Palma chilena

Alerces Araucaria Canelo Helecho Musgo

Corresponde a una zona de clima templado, conestacionalidad muy marcada; lluvias invernales yprolongada estación seca en verano. La vegetaciónfrecuente la constituyen los matorrales y bosque dehojas siempre verde, como por ejemplo, grandesextensiones de espinos (Acacia cavens), arbustos

como el litre (Litraea caustica), bosque esclerófilo;es decir, de hojas duras (para evitar la predaciónpor parte de insectos), como por ejemplo, depeumos (Criptocarya alba) y bellotos (Beylschniediamiersii) y asociaciones de palmas chilenas (Jubaeachilensis).

Zona Central

Corresponde a una zona de clima frío y húmedo,con gran cantidad de lluvias todo el año,posibilitando el desarrollo de grandes bosques. Lasselvas valdivianas y chilotas constituyen dosimportantes ejemplos.Los árboles son de gran tamaño, destacándose losalerces (Fitzroya cupressoides), de más de cuarentametros y de gran longevidad (más de 300 años deedad); la araucaria (Araucari araucana), crece hasta50 metros de alto y vive hasta 1.000 años, y sussemillas (piñones) son usadas en alimentación; el

canelo (Drimys vinteri), árbol sagrado del pueblomapuche, puede alcanzar hasta 25 metros dealtura; arbustos adaptados a la escasa luz yexcesiva humedad, al crecer bajo el bosque, dehojas de gran tamaño para facilitar la eliminacióndel exceso de agua por transpiración. Existennumerosas especies epífitas (crecen sobre otrosvegetales). Gran cantidad de helechos y musgos.En los ambientes naturales, aquellas especies mejoradaptadas a las condiciones ambientales serán lasmás abundantes.

Zona Sur

REVISEMOS LO APRENDIDO

I. Anota una V por verdadero o una F por falso delante de cada enunciado. Fundamenta aquellasque consideres falsas.

• ____ Las plantas verdes sólo realizan fotosíntesis yrespiración.

• ____ El agua es un reactante en el proceso defotosíntesis.

• ____ El oxígeno producido en la fotosíntesisproviene de la ruptura de la molécula de CO2.

• ____ Al aumentar la temperatura ambientedisminuye el rendimiento fotosintético.

• ____ Ingenhausz concluye que sólo las partesverdes de la planta producen oxígeno.

• ____ Según Van Helmont las plantas obtienen sumasa a partir del agua de riego.

II. Analizando gráficos. Interpreta los siguientes gráficos:

1. Luz y fotosíntesis

a. ¿Qué ocurre con la tasa de la fotosíntesis en laprimera etapa y en la segunda?

b. ¿Por qué se produce un quiebre?c. ¿Cómo influye la intensidad luminosa en la

fotosíntesis?

a. ¿Cómo se explica el nivel fotosintético? b. ¿Qué habría que hacer para que ocurra lo

señalado en la línea punteada? c. ¿Qué pasa con la fotosíntesis al aumentar

drásticamente la concentración de CO2?

2. CO2 y fotosíntesis

III. Marca la respuesta correcta:

1. Los tejidos se caracterizan por:a. ser un conjunto de células dispersas en el organismo;b. manifestarse solo en el estado embrionario de

un organismo;c. ser un conjunto de células especializadas;d. la poca diferenciación celular que presentan;e. tener una constitución genética distinta a las

otras células.

2. La fotosíntesis es un proceso biológico importanteporque:a. permite la reducción del de la atmósfera;b. renueva el aire atmosférico liberando ;c. produce la formación de materia orgánica;d. hace posible la vida de las plantas;e. todas las anteriores.

O2

CO2

TEMA1

100

80

60

40

20

050 100 150

Inten

sidad

de l

a fo

tosín

tesis

Intensidad luminosa

100

75

50

25

00,05 0,10 0,15 0,20

x

yIn

tensid

ad d

e la

foto

síntes

is

Concentración de dióxido de carbono (% en volumen)


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AUTOEVALUACIÓNComo parte del proceso de aprendizaje es muy importante que reflexiones sobre el nivel de logro que observasen ti. El resultado te permitirá revisar aquellos aspectos que consideres que no han sido plenamente logrados.

Marca con una X el casillero que corresponda, de acuerdo a la siguiente categorización:

Nivel inicial: aún no logras el aprendizaje, debes trabajar y esforzarte aun más.Nivel intermedio: has logrado parcialmente el aprendizaje. Debes trabajar algunos aspectos. Nivel avanzado: has logrado plenamente el aprendizaje.

IV. Anales de información relevante.

Lee el siguiente texto.

a. Completa este resumen con aquellas ideas que teparezcan importantes agregar.

b. Intercambia tu resumen con un compañero ocompañera y evalúense mutuamente.

La actividad de fotosíntesis es un hecho importante para la vida en el planeta. Es realizadafundamentalmente por las plantas y algas porque las células de ellas, principalmente enhojas y tallos, contienen pigmentos, uno de ellos llamado clorofila. Estos pigmentos son losque captan la energía del Sol. En la fotosíntesis se produce oxígeno, vital para el proceso respiratorio de los seres vivos; ymateria orgánica, como el almidón, la que servirá de alimento para los organismosheterótrofos. El almidón es el componente principal de muchas clases de alimentos. Es un importantematerial alimenticio y representa más del 70 por ciento del abastecimiento de alimento delmundo, se consume bajo la forma de papas, arroz, trigo, y otros cereales.

Nivel intermedio Nivel avanzadoNivel inicialIndicadores

Reconozco la actividad de células especializadas en el funcionamiento detejidos y órganos vegetales.

Explico la fotosíntesis y la participación de algunas moléculas orgánicasen ellas.

Establezco la relación biológica entre autótrofos y heterótrofos por mediode las cadenas alimentarias.

Puedo explicar el origen del oxígeno atmosférico y el almidón en lasplantas.

Valoro la importancia de las plantas en el equilibrio del ecosistema.

Soy responsable de mi proceso de aprendizaje.


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BIOLOGÍA - edicionesrb.cl · La indagación científica hace referencia a las diversas formas en...

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