UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO

UNIDAD DE NIVELACIÓN Y ADMISIÓN

ÁREA: CIENCIAS E INGENIERÍA

PROYECTO DE BIOLOGIA

TEMA:

FOTOSINTESIS COMO FUENTE DE ENERGIA Y LOS CICLOS BIOGEOQUEOQUIMICOS.

AUTORES:

- Diego Aulla

- Byron Hidalgo

- Bárbara Bundschuh

- Geovanny Sagñay

- Richard Benenaula

PARALELO: AGM1

PROFESORA: Ing. Andrea Heredia.

RIOBAMBA – ECUADOR ABRIL- AGOSTO 2015

Índice General:

PORTADA……………………………………………………..…………..………II

DEDICATORIA…………………………….………………………..……..…....III

AGRADECIMIENTO……………………….………………………...………....IV

INDICE GENERAL…………………………………….………………………..V

RESUMEN……………………………………………….………………………VI

INTRODUCCIÒN…………….………………………………………………...VII

DEDICATORIA

El presente proyecto le dedicó a toda la gente, en

especial a nuestros compañeros, para toda una sociedad,

para todos nuestros compañeros universitarios, que deseen

saber y conocer más sobre su fotosíntesis y ciclos

biogeoquímicos y su importancia.

Siendo un grupo de compañeros quienes ponemos a todos

sus alcances el saber de este tema.

Es hora de reconocer su importancia del tema y a la vez

poderlo practicar en nuestro querido Ecuador.

AGRADECIMIENTO

A nuestras madres y a nuestros padres por sus sabios consejos.

A mis queridos compañeros de aula y de la vida.

A mí querida maestra, profesora y amiga: Ing. Andrea Heredia que siempre ha tenido la cortesía de mostrarme el camino de la sabiduría.

Este proyecto de aula, este sueño es posible gracias al apoyo de los que nos rodean para hacerlo realidad.

INDICE GENERAL

1. CAPITULO I1.1. Objetivos

1.1.1. Objetivo General pág. 81.1.2. Objetivo Específico pág. 8

1.2. Justificación. pág. 82. CAPTULO II

2.1 Marco Referencial pág. 112.2 Marco Teórico pág. 112.3 Marco Conceptual pág. 28

3. CAPITULO III3.1 Conclusiones y Recomendaciones pág. 30

3.1.1 Conclusiones pág. 303.1.2 Recomendaciones pág. 3

4. CAPITULO IV4.1 Bibliografía pág. 31

7.1.1. Bibliografía pág. 31

RESUMEN

Las plantas, como todos los seres vivos, necesitan nutrirse; de este modo

adquieren los materiales necesarios para crecer y en general, mantener su

actividad vital. Para que se efectúe esta nutrición, la planta debe conseguir

agua, sales minerales y compuestos orgánicos.

El agua y las sales minerales son recogidas del suelo por las raíces de las

plantas; los compuestos orgánicos son fabricados por la planta mediante el

proceso de fotosíntesis a partir de materia inorgánica y agua. Este proceso de

transformación de la materia inorgánica en materia orgánica se produce en la

mayoría de los vegetales a los cuales por tener esta capacidad se les denomina

organismos autótrofos.

La fotosíntesis es un proceso autotrófico, que realizan la mayoría de los

vegetales y también algunas bacterias. Consiste básicamente en: la absorción

de la energía luminosa y su transformación en energía química (ATP) la cual

será utilizada para construir moléculas orgánicas a partir de dióxido de

carbono, nitratos o bien sulfatos y agua.

La materia circula desde el mundo vivo hacia el ambiente abiótico y de

regreso; esa circulación constituye los ciclos biogeoquímicos.

Estos son procesos naturales que reciclan elementos en diferentes formas

químicas desde el medio ambiente hacia los organismos, y luego a la inversa.

Agua, carbono, oxígeno, nitrógeno, fósforo y otros elementos recorren estos

ciclos, conectando los componentes vivos y no vivos de la Tierra.

La tierra es un sistema cerrado donde no entra ni sale materia. Las sustancias

utilizadas por los organismos no se "pierden" aunque pueden llegar a sitios

donde resultan inaccesibles para los organismos por un largo período. Sin

embargo, casi siempre la materia se reutiliza y a menudo circula varias veces,

tanto dentro de los ecosistemas como fuera de ellos.

INTRODUCCIÓN

El presente proyecto tiene como temas principales la fotosíntesis y los ciclos

biogeoquímicos. Podemos indicar como fotosíntesis es el proceso que

mantiene la vida en nuestro planeta. Las plantas terrestres, las algas de aguas

dulces, marinas o las que habitan en los océanos realizan este proceso de

transformación de la materia inorgánica en materia orgánica y al

mismo tiempo convierten la energía solar en energía química.

Todos los organismos heterótrofos dependen de estas conversiones

energéticas y de materia para su subsistencia. Y esto no es todo, los

organismos fotosintéticos eliminan oxígeno al ambiente, del cual también

depende la mayoría de los seres vivos de este planeta.

Este proceso permite que organismos como los vegetales desarrollen

infinidad de moléculas orgánicas a partir de compuestos inorgánicos, de allí

que todos los demás organismos no autótrofos obtienen las biomoléculas

necesarias para la vida.

Los ciclos biogeoquímicos son muy importantes para la vida de los seres

vivos y de todo el planeta Tierra. A través del presente proyecto, se tendrá la

posibilidad de adquirir habilidades cognitivas, así como desarrollar

conocimientos que ayuden a comprender e interpretar hechos y fenómenos

que intervienen dentro de estos ciclos.

Un ciclo biogeoquímico se refiere al movimiento de los elementos

de ozono, nitrógeno, oxígeno, hidrógeno, calcio, sodio, azufre, fósforo, potasi

o y otros elementos entre los seres vivos y el ambiente, mediante una serie de

procesos: producción y descomposición. En la biosfera, la materia es limitada

de manera que su reciclaje es un punto clave en el mantenimiento de la vida

en la Tierra

CAPITULO I

1.1 Objetivos

Para poder desarrollar un plan de mejora sobre la actuación de la fotosíntesis y

sus diversos ciclos biogeoquimicos. Hemos realizado:

1.2 Objetivo General

Comprender cada bioelemento presente en la naturaleza, saber sus funciones y a su vez aplicar las diferentes fuentes de vida para nuestro planeta.

Relacionar estos ciclos biogeoquímicos con nuestra vida cotidiana.

1.3 Objetivo Específico

Sintetizar ideas sobre la fuente de energía de la fotosíntesis y su importancia. Comprender que materiales circulan y a la vez porque ambiente. Conocer el número y tipo de elementos que conforman el 95% de masa de

todos los organismos Analizar los macronutrientes ya que ellos comprenden el 97% de masa de

cuero humano. Saber la importancia de estos elementos azufre, fosforo, nitrógeno, carbono,

hidrogeno, y oxígeno.

1.4 Justificación

Los elementos químicos, incluidos todos los elementos esenciales del protoplasma, propenden a circular en la biosfera por vías características, del ambiente a los organismos y de éstos otra vez a aquél. Estas vías más o menos circulares se conocen como ciclos biogeoquímicos. El movimiento de los elementos y como puestos inorgánicos indispensables para la vida puede designarse apropiadamente como ciclo nutritivo.

Para cada ciclo es conveniente designar asimismo dos compartimientos o pozos, esto es: el pozo depósito, que es el componente grande, de movimiento lento y por regla general no biológico, y el pozo de intercambio o de ciclo, porción más pequeña, pero más activa, que se desplaza (esto es, se mueve hacia adelante y hacia atrás) rápidamente entre los organismos y su medio inmediato.

Desde el punto de vista de la biosfera conjunta, los ciclos biogeoquímicos se dividen en dos grupos básicos: los tipos gaseosos, en los que el depósito está en la atmósfera o la hidrosfera (el mar), y los tipos sedimentarios, en los que el depósito está en la corteza de la tierra.

Según se recalcó, resucita útil en ecología, estudiar no sólo organismos y sus relaciones ambientales, sino también el medio básico inerte en relación con aquéllos. De los 90 y tantos elementos conocidos que se dan en la naturaleza, sabemos que de 30 a 40 son necesarios para los organismos vivos.

Algunos de los elementos, como carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno se necesitan en grandes cantidades; otros en cambio, sólo se necesitan en cantidades pequeñas o inclusive diminutas. Cualquiera que sea la necesidad, tanto los elementos indispensables como los que no son esenciales exhiben ciclos biogeoquímicos perfectamente definidos.

"Bio" alude a organismos vivos, y "geo" alude a las rocas, el aire y el agua de la tierra. La geoquímica es una ciencia física importante que se ocupa de la composición química de la tierra y del intercambio de elementos entre las diversas partes de la corteza terrestre y los mares, ríos y otras masas de agua.

Así, pues, la biogeoquímica, término que hicieron célebre las primeras monografías de G. E. Hutchinson, se convierte en el estudio del intercambio o la corriente de los materiales entre los componentes vivos e inertes de la biosfera.

Algunos ciclos, como los que comprenden carbono, nitrógeno u oxígeno, se adaptan por sí mismos más bien rápidamente a las perturbaciones, a causa del gran depósito atmosférico. Los aumentos locales en la producción de C02, debidos a oxidación o combustión, por ejemplo, suelen disiparse rápidamente gracias al movimiento del aire, y la producción aumentada no tarda en verse compensada por una absorción aumentada de las plantas y la formación de carbonato en el mar.

Así, pues, los ciclos de tipo gaseoso pueden considerarse como relativamente "perfectos", en el sentido de que se da en ellos un control natural de retroalimentación. Sin embargo, el hombre va encontrando, según ya se indicó, que los trastornos locales pueden ser perjudiciales y que existen límites concretos a la capacidad de ajuste automático de la atmósfera conjunta.

Los ciclos sedimentarios, que comprenden elementos como fósforo o hierro, suelen ser mucho menos perfectos y más fácilmente vulnerables por parte de perturbaciones locales, porque la gran masa del material se encuentra en un depósito relativamente inactivo e inmóvil en la corteza de la tierra. Por consiguiente, alguna porción del material intercambiable suele "perderse" durante largos periodos de tiempo, cuando el movimiento "cuesta abajo" es más rápido que el retorno "cuesta arriba". Según veremos, los mecanismos de retorno o de "nuevo ciclo" son principalmente bióticos en muchos casos.

Hutchinson señala que el hombre es único en el sentido de que no sólo necesita los 40 elementos esenciales, sino que, en su cultura compleja, utiliza asimismo la totalidad de los demás, y los sintéticos, más recientes, también. Por otra parte, ha acelerado a tal punto el movimiento de muchos materiales, que los ciclos tienden a hacerse imperfectos, o que el proceso se hace "a cíclico", con el resultado de que el hombre padece de la situación paradójica del demasiado poco aquí y demasiado allí.

Por ejemplo, extraemos y tratamos la roca fosfatada con una negligencia· tal, que se produce una grave contaminación cerca de las minas y de los molinos de fosfato. Luego, con una miopía igualmente aguda, aumentamos el suministro de fertilizantes fosfatados a los sistemas agrícolas, sin controlar en lo más mínimo el aumento inevitable del derrame, que afecta gravemente nuestras vías acuáticas y reduce, mediante eutrofización, la calidad del agua. El concepto del hombre cual "el poderoso agente geológico".

CAPITULO II

2. Marco Referencial

2.1 Marco Teórico

En plantas, algas y en algunos tipos de bacterias fotosintéticas el proceso

conlleva la liberación de oxígeno molecular y la utilización de dióxido de

carbono atmosférico para la síntesis de compuestos orgánicos. A este

proceso se le denomina fotosíntesis oxigénica.

Sin embargo, algunos tipos de bacterias utilizan la energía de la luz para

formar compuestos orgánicos pero no producen oxígeno. En este caso se

habla de fotosíntesis anoxigénica.

El conocimiento de este proceso es esencial para entender las relaciones de

los seres vivos y la atmósfera, y para entender el balance de la vida sobre la

tierra, dado el profundo impacto que tiene sobre la atmósfera y el clima

terrestres. Esto significa que el aumento de la concentración de dióxido de

carbono atmosférico generado por la actividad humana, tiene un gran

impacto sobre la fotosíntesis.

Desde el punto de vista evolutivo, la aparición de la fotosíntesis oxigénica

supuso una verdadera revolución para la vida sobre la tierra: cambió la

atmósfera terrestre enriqueciéndola, hecho que posibilitó la aparición de

organismos que utilizan el oxígeno para vivir.

Todos los organismos vivos se agrupan en tres grandes grupos o dominios:

Archaea, Bacteria y Eucarya, teniendo todos ellos un antecesor común.

Cuando hablamos de fotosíntesis hablamos de los organismos que realizan

este proceso, es decir, organismos foto sintetizadores, y pertenecen al

dominio Bacteria (son las bacterias fotosintéticas) y al dominio Eucarya

(algas, plantas y algunos protistas)). Si nos fijamos en ellos, comprobamos

que la aparición y el desarrollo de la fotosíntesis están íntimamente ligado al

desarrollo de la vida sobre la tierra (Fig.1).

Figura 1. Origen de la fotosíntesis y organismos con capacidad fotosintética.

Las cosas no siempre han sido como nosotros las conocemos; la evolución

de la tierra, la evolución de la atmósfera primitiva, la evolución de los

metabolismos primitivos, constituye un entramado de acontecimientos que

conduce hasta unas bacterias fotosintetizadotas, no las primeras bacterias y

tampoco la primera fotosíntesis, que realizan fotosíntesis liberando oxígeno

a la atmósfera, incrementando su concentración y posibilitando la gran

explosión de los heterótrofos.

Se puede decir que la característica principal de la atmósfera durante el

Arqueozoico que duró hasta hace 2500 millones de años, era que el aire

apenas contenía trazas de oxígeno. Pero hubo vida antes. Y hay acuerdo en

que el aire que respiramos actualmente, con un 21% de oxígeno, es producto

de la actividad biológica de la tierra y muy diferente a como debió ser la

atmósfera de la tierra primitiva.

Si aceptamos como verdaderos los microfósiles de cianobacterias

encontrados en rocas australianas de hace unos 3500 millones de años, esto

indicaría que desde ese momento había organismos, cianobacterias,

liberando oxígeno a la atmósfera mediante fotosíntesis, aunque según las

evidencias no se produjo un aumento apreciable del mismo hasta hace unos

2500 millones de años.

Antes de existir oxígeno en la atmósfera, el ambiente de las primeras formas

de vida era anaerobio. Estos primeros organismos no tenían capacidad para

sintetizar sus propios nutrientes orgánicos y tomaban del medio lo que ya

estaba sintetizado. Estos heterótrofos primitivos seguían alimentándose del

medio, pero el medio iba cambiando: la tierra se iba enfriando, iba

disminuyendo la radiación ultravioleta que alcanzaba la superficie terrestre.

Y en este escenario se produjo un cambio que consistió en ser capaz de

sintetizar las moléculas energéticas. Entonces los organismos se hacen

autótrofos. En todo caso, estamos hablando de nutrición, es decir, de los

componentes necesarios para la supervivencia, o lo que es lo mismo, de

fuentes de carbono, nitrógeno, hidrógeno y energía. Y dependiendo de cuáles

son estas fuentes, denominamos a los distintos organismos (Fig. 2).

Figura 2. Relación entre fotosíntesis y nutrición. Tipos de nutrición, fuentes de

energía y de carbono.

Para los organismos primitivos que vivían en anaerobiosis el oxígeno era un

veneno como lo es hoy para los anaerobios estrictos. Pero los organismos

encontraron la forma de neutralizar este efecto a través de moléculas tales

como la superóxido dismutasa o los derivados de isoprenoides y porfirinas.

La porfirina es un tetrapirrol al que se une covalentemente un átomo

metálico y dependiendo de cuál sea éste, se forman moléculas

funcionalmente distintas: si se trata de hierro, se forman citocromos

relacionados con la respiración anaerobia; si se une magnesio, se forman

clorofila y bacterioclorofila, moléculas capaces de absorber luz e

indispensables para la fotosíntesis.

De manera que una molécula que, en principio, parecía destinada a la

protección frente a la toxicidad del oxígeno, evolucionó para permitir un

proceso químico que liberará toneladas de oxígeno a la atmósfera.

Sabiendo que el proceso fotosintético puede ser anoxigénico y oxigénico, en

bacterias el primero y en cianobacterias, algas y plantas el segundo,

consideremos los elementos que intervienen en el proceso (Fig. 3):

Figura 3. Elementos básicos de la fotosíntesis anoxigénica y oxigénica.

Para que el proceso fotosintético ocurra, para que se inicie la fase fotoquímica (conversión de la energía de la luz en energía química), lo primero que tienen que hacer los organismos es captar la luz. Las moléculas que intervienen en ello son los pigmentos fotosintéticos, los cuales se organizan, se colocan, en una membrana: la membrana plasmática en bacterias, y la membrana tilacoidal de los cloroplastos de cianobacterias, algas y plantas.

CAPTACIÓN DE LUZ Y TRANSPORTE FOTOSINTÉTICO DE ELECTRONES

Todos los organismos con capacidad fotosintética contienen uno o más pigmentos capaces de absorber radiación visible que desencadena las reacciones fotoquímicas de la fotosíntesis. Estos pigmentos se pueden extraer de los organismos que los contienen con alcohol o con disolventes orgánicos (recordemos su naturaleza química).

Pero las propiedades de los pigmentos fotosintéticos in vivo, es decir, en los tilacoides en el caso de plantas (recordemos su localización en otros organismos fotosintéticos), difieren de sus características en solución quedando este hecho reflejado en los espectros de absorción. Por ejemplo, la clorofila a extraída con éter presenta un único máximo a 660nm en la zona del rojo.

Sin embargo, en tilacoides se detectan tres máximos de absorción debidos a chl a para de 673, 680 y 700 nm. ¿Cómo puede explicarse este hecho si en los tilacoides existe una sola clase de chl a?

Parte de la energía luminosa absorbida por clorofilas y carotenoides se almacena al final del proceso fotosintético como energía química. La mayoría de los pigmentos actúan como una antena (en un complejo antena) captando la luz y transfiriendo la energía (proceso físico) al centro de reacción al que están asociados y donde se transfieren electrones desde la clorofila a una molécula aceptora de electrones (proceso químico) (Fig. 4).

Figura 4. Estructura y funcionamiento de los pigmentos antena.

Se piensa que la energía de excitación se transfiere desde la clorofila que absorbe la luz hasta el centro de reacción por resonancia (recordemos que es un mecanismo de transferencia de energía que no implica radiación, no requiere contacto físico entre moléculas y no implica transferencia de electrones).

Los pigmentos en el complejo antena están ordenados de manera que canalizan la energía absorbida hacia el centro de reacción (CR) (Fig. 5).

En realidad, en todos los eucariotas fotosintéticos que contienen clorofilas a y b, éstas forman agregados entre sí y con proteínas integrales de la membrana tilacoidal formando complejos pigmento-proteína. En consecuencia podemos decir que el complejo antena es por tanto una proteína-pigmento transmembrana.

Los complejos antena también se denominan LHC, del inglés Light Harvesting Complex, o complejo colector o captador de luz. En los procariotas fotosintéticos, el lugar de estas reacciones es la membrana plasmática o bien membranas derivadas de ella.

Existen dos complejos fotoquímicos denominados fotosistema I (PSI) y fotosistema II (PSII) en los que tienen lugar las reacciones iniciales de almacenamiento de energía. Si ambos fotosistemas funcionan en serie se producen dos reacciones fotoquímicas en serie. El PSI absorbe luz del rojo lejano de 700nm (longitudes de onda superiores a 680 nm), produce un reductor fuerte capaz de reducir NADP y un oxidante débil.

El PSII absorbe luz del rojo de 680nm, produce un oxidante muy fuerte capaz de oxidar al agua y un reductor más débil que el producido por el PSI. La figura 6 muestra un esquema de estas propiedades que se conoce como esquema en Z, implica ambos fotosistemas y explica las reacciones fotoquímicas que ocurren en los organismos fotosintéticos que generan oxígeno (recordemos fotosíntesis oxigénica y fotosíntesis anoxigénica).

Ambos fotosistemas son física y químicamente diferentes, contienen cada uno su complejo antena y su centro de reacción, y están unidos por una cadena de transporte electrónico.

Figura 6. Estructura y reacciones básicas de los fotosistemas I y II (esquema en z).

Además de PSII y PSI, englobados en la membrana tilacoidal se encuentran también otros dos complejos proteicos: el complejo citocromo b f y la ATP sintasa.

Pero antes de analizar cómo funcionan coordinadamente todas estas estructuras, observemos las siguientes figuras (Figs. 7 y 8) para comprender mejor las acciones luminosas de la fotosíntesis.

Figura 7. Comparación entre rendimiento cuántico y espectro de absorción en un rango de longitudes de onda entre 400 y 700 nm.

Figura 8. Efecto de luces R, IR o la combinación de ambas (R+IR) sobre la velocidad de fotosíntesis.

En el gráfico de la figura 7 se mide el rendimiento cuántico de la fotosíntesis que se define como número de productos fotoquímicos número total de cuantos absorbidos.

El oxígeno es un producto fotoquímico. ¿Qué significa un valor de f = 0? ¿Cómo se explica la caída del rendimiento cuántico para la luz del rojo lejano? ¿Y el ligero descenso cerca de los 500nm? ¿Los carotenoides serían eficientes por sí solos para dirigir la fotosíntesis? En la figura 8 se mide la velocidad de la fotosíntesis cuando se irradia con luz R, RL (rojo lejano) ó R+RL. ¿A qué conclusión se llega?

Volviendo a los complejos proteicos, son cuatro complejos los que llevan a cabo las reacciones luminosas de la fotosíntesis: PSII, complejo citocromo b f, PSI y ATP sintasa. Veamos de nuevo el esquema en Z con algo más de detalle en la figura 9.

La clorofila de los centros de reacción, como ya sabemos, es una clorofila especializada que denominamos P680 en el PSII y P700 en el PSI (haciendo referencia a sus características espectrales). El funcionamiento básico de todo este conjunto sería el siguiente:

El PSII oxida el agua y produce O2 liberando protones al lumen tilacoidal

El complejo cit b6f recibe electrones del PSII y los cede al PSI. También transporta protones al lumen desde el estroma.

El PSI reduce el NAP+ a NADPH en el estroma gracias a la acción de una ferredoxina (f6d) y una flavoproteína ferredoxina-NADP reductasa (FNR)

La ATP sintasa produce ATP en el estroma a medida que los protones difunden a su través desde el lumen hacia el estroma.

Figura 9. Complejos proteicos implicados en las reacciones luminosas de la fotosíntesis y transferencia de electrones.

La figura 10 muestra los complejos proteicos en la membrana tilacoidal así como la transferencia de protones y electrones que llevan a cabo.

Figura 10. Transferencia de protones y electrones entre fotosistema II, complejo citocromo b fotosistema I y ATP sintasa.

Consideremos la cadena de transporte que une ambos fotosistemas. El agua actúa como donador primario de electrones y el NADP+ es el último aceptor de electrones. El flujo de electrones entre ambos no es directo sino que pasa a través de los transportadores de e- que son sistemas redox que se interponen por tanto entre el H2O y el NADP+. En la siguiente

tabla (Tabla 1) vemos los máximos de absorbancia de algunos transportadores en función de su estado redox.

Tabla 1. Estado redox y máximo de absorbancia de algunos transportadores de electrones de la fotosíntesis.

La clorofila excitada del PSII (P680*) transfiere un e- a la feofitina que es una clorofila en la que el átomo de Mg ha sido sustituido por dos átomo de H. A continuación, la feofitina cede e- de forma secuencial a dos plastoquinonas Qa y Qb, moléculas de pequeño tamaño que están unidas al centro de reacción (2e Qb a Qa, después Qb

-2 reducida capta 2 protones del estroma formando plastohidroquinona reducida ó QH2).

La QH2 transfiere sus electrones al complejo citocromo b6f (2 cit b y un cit f) que es una proteína de gran tamaño formada por múltiples subunidades con numerosos grupos prostéticos. Este complejo contiene además una proteína ferrosulfurada de Rieske (su descubridor) en la que dos átomos de Fe están unidos por dos átomos de S (FeSR). Cuando QH2

cede sus e- se oxida: transfiere uno de los e- a la FeS oxidada y después lo transfiere al cit f. A continuación, el cit f transfiere el e– a la plastocianina.

El otro e- es transferido al cit b liberándose en el proceso 2 protones al lumen. La plastocianina (PC) es una proteína soluble, de pequeño tamaño, contiene cobre, se encuentra en el lumen y transfiere e- entre el cit b6f y el P700.

En la figura 11 se observa el PSI, de gran tamaño y formado por múltiples subunidades. El complejo antena y P700 están unidos a 2 proteínas: PsaA y PsaB. La clorofila excitada del PSI (P700*) cede el e- a un primer aceptor A que es una clorofila y el siguiente aceptor A es una quinona.

A continuación intervienen tres proteínas ferrosulfuradas asociadas a la membrana que se denominan centros ferrosulfurados FeSX, FeSA y FeSB. Los e- son transferidos a la ferredoxina soluble (Fd). Por último, una flavoproteína soluble asociada a la membrana, la ferredoxina- NADP reductasa (FNR), reduce el NADP+ a NADPH. Se completa así el transporte de electrones no cíclico que se inicia con la oxidación del agua y termina en la formación de NADPH.

Figura 11. Esquema del fotosistema I.

Sin embargo, nos queda considerar que el P680* al ceder el e- queda en

estado oxidado pero es vuelto a reducir por un transportador de e-, generalmente denominado YZ, que recibe los e- de la oxidación del agua. Este complejo de oxidación del agua consta de cuatro iones Mn2+

asociados con proteínas, se encuentra en el lumen tilacoidal y unido a las subunidades D1 y D2 del PSII.

La oxidación de dos moléculas de agua genera una molécula de oxígeno, cuatro protones y cuatro electrones, lo cual implica que el fotosistema II tiene que utilizar la energía de cuatro fotones para producir una molécula de oxígeno.

Decimos transporte no cíclico porque en ciertas condiciones se puede producir un transporte cíclico de electrones alrededor del PSI, a través del complejo cit b P700. Como veremos más adelante, este flujo cíclico que está acoplado al bombeo de protones al lumen, puede ser utilizado para sintetizar ATP pero no puede oxidar al agua ni reducir NADP+ a NADPH.

Este flujo cíclico es importante como fuente de ATP en los cloroplastos de plantas C4. Hemos visto hasta ahora cómo la energía luminosa se utiliza para producir NADPH, el cual será necesario en el ciclo de Calvin para reducir CO2 y formar carbohidratos. A continuación estudiaremos que la energía luminosa también es utilizada para la síntesis de ATP dependiente de luz, proceso conocido como Fotofosforilación.

Fotosíntesis y sus diversos ciclos bioqueoquimicos

Se denomina ciclo biogeoquímico al movimiento de cantidades masivas de carbono, nitrógeno, oxígeno, hidrógeno, calcio, sodio, azufre, fósforo, potasio, y otros elementos entre los seres vivos y el ambiente (atmósfera, biomasa y sistemas acuáticos) mediante una serie de procesos de producción y descomposición. En la biosfera la materia es limitada de manera que su reciclaje es un punto clave en el mantenimiento de la vida en la Tierra; de otro modo, los nutrientes se agotarían y la vida desaparecería.

Un elemento químico o molécula necesario para la vida de un organismo, se llama nutriente o nutrimento. Los organismos vivos necesitan de 30 a 40 elementos químicos, donde el número y tipos de estos elementos varía en cada especie. Los elementos requeridos por los organismos en grandes cantidades se denominan:

1. Macronutrientes: Carbono, oxígeno, hidrógeno, nitrógeno, fósforo, azufre, calcio, magnesio y potasio. Estos elementos y sus compuestos constituyen el 97% de la masa del cuerpo humano, y más de 95% de la masa de todos los organismos. 2. Micronutrientes. Son los 30 ó más elementos requeridos en cantidades pequeñas (hasta trazas): hierro, cobre, zinc, cloro, yodo.

La mayor parte de las sustancias químicas de la tierra no están en formas útiles para los organismos. Pero, los elementos y sus compuestos necesarios como nutrientes, son reciclados continuamente en formas complejas a través de las partes vivas y no vivas de la biosfera, y convertidos en formas útiles por una combinación de procesos biológicos, geológicos y químicos.

El ciclo de los nutrientes desde el biotopo (en la atmósfera, la hidrosfera y la corteza de la tierra) hasta la biota, y viceversa, tiene lugar en los ciclos biogeoquímicos (de bio: vida, geo: en la tierra), ciclos, activados directa o indirectamente por la energía solar, incluyen los del carbono, oxígeno, nitrógeno, fósforo, azufre y del agua (hidrológico).

Así, una sustancia química puede ser parte de un organismo en un momento y parte del ambiente del organismo en otro momento.

CICLO DEL AGUA Se pudiera admitir que la cantidad total de agua que existe en la Tierra, en sus tres fases: sólida, líquida y gaseosa, se ha mantenido constante desde la aparición de la Humanidad. El agua de la Tierra que constituye la hidrósfera se distribuye en tres reservorios principales:

Los océanos, los continentes y la atmósfera, entre los cuales existe una circulación continúan el ciclo del agua o ciclo hidrológico. El movimiento del agua en el ciclo hidrológico es mantenido por la energía radiante del sol y por la fuerza de la gravedad.

El ciclo hidrológico se define como la secuencia de fenómenos por medio de los cuales el agua pasa de la superficie terrestre, en la fase de vapor, a la atmósfera y regresa en sus fases líquida y sólida. La transferencia de agua desde la superficie de la Tierra hacia la atmósfera, en forma de vapor de agua, se debe a la evaporación directa, a la transpiración por las plantas y animales y por sublimación (paso directo del agua sólida a vapor de agua

La cantidad de agua movida, dentro del ciclo hidrológico, por el fenómeno de sublimación es insignificante en relación a las cantidades movidas por evaporación y por transpiración, cuyo proceso conjunto se denomina evapotranspiración.

El vapor de agua es transportado por la circulación atmosférica y se condensa luego de haber recorrido distancias que pueden sobrepasar 1,000 km. El agua condensada da lugar a la formación de nieblas y nubes y, posteriormente, a precipitación.

La precipitación puede ocurrir en la fase líquida (lluvia) o en la fase sólida (nieve o granizo). El agua precipitada en la fase sólida se presenta con una estructura cristalina, en el caso de la nieve, y con estructura granular, regular en capas, en el caso del granizo.

La precipitación incluye también incluye el agua que pasa de la atmósfera a la superficie terrestre por condensación del vapor de agua (rocío) o por congelación del vapor (helada) y por intercepción de las gotas de agua de las nieblas (nubes que tocan el suelo o el mar). El agua que precipita en tierra puede tener varios destinos. Una parte es devuelta directamente a la atmósfera por evaporación; otra parte escurre por la superficie del terreno, escorrentía superficial, que se concentra en surcos y va a originar las líneas de agua. El agua restante se infiltra, esto es penetra en el interior del suelo; esta agua infiltrada puede volver a la atmósfera por evapotranspiración o profundizarse hasta alcanzar las capas freáticas.

Tanto el escurrimiento superficial como el subterráneo van a alimentar los cursos de agua que desaguan en lagos y en océanos. La escorrentía superficial se presenta siempre que hay precipitación y termina poco después de haber terminado la precipitación.

Por otro lado, el escurrimiento subterráneo, especialmente cuando se da a través de medios porosos, ocurre con gran lentitud y sigue alimentando los cursos de agua mucho después de haber terminado la precipitación que le dio origen. Así, los cursos de agua alimentados por capas freáticas presentan unos caudales más regulares.

Como se dijo arriba, los procesos del ciclo hidrológico decurren en la atmósfera y en la superficie terrestre por lo que se puede admitir dividir el ciclo del agua en dos ramas: aérea y terrestre. El agua que precipita sobre los suelos va a repartirse, a su vez, en tres grupos: una que es devuelta a la atmósfera por evapotranspiración y dos que producen escurrimiento superficial y subterráneo.

Esta división está condicionada por varios factores, unos de orden climático y otros dependientes de las características físicas del lugar donde ocurre la precipitación. Así, la precipitación, al encontrar una zona impermeable, origina escurrimiento superficial y la evaporación directa del agua que se acumula y queda en la superficie.

Si ocurre en un suelo permeable, poco espeso y localizado sobre una formación geológica impermeable, se produce entonces escurrimiento superficial, evaporación del agua que permanece en la superficie y aún evapotranspiración del agua que fue retenida por la cubierta vegetal. En ambos casos, no hay escurrimiento subterráneo; este ocurre en el caso de una formación geológica subyacente permeable y espesa.

La energía solar es la fuente de energía térmica necesaria para el paso del agua desde las fases líquida y sólida a la fase de vapor, y también es el origen de las circulaciones atmosféricas que transportan el vapor de agua y mueven las nubes.

CICLO DEL OXIGENO La reserva fundamental de oxígeno utilizable por los seres vivos está en la atmósfera. Su ciclo está estrechamente vinculado al del carbono pues el proceso por el que el C es asimilado por las plantas (fotosíntesis), supone también devolución del oxígeno a la atmósfera, mientras que el proceso de respiración ocasiona el efecto contrario. Otra parte del ciclo natural del oxígeno que tiene un notable interés indirecto para los seres vivos de la superficie de la Tierra es su conversión en ozono. Las moléculas de O2, activadas por las radiaciones muy energéticas de onda corta, se rompen en átomos libres de oxígeno que reaccionan con otras moléculas de O2, formando O3 (ozono).

Esta reacción es reversible, de forma que el ozono, absorbiendo radiaciones ultravioletas vuelve a convertirse en O2. El ciclo del oxígeno es la cadena de reacciones y procesos que describen la circulación del oxígeno en la biosfera terrestre.

Abundancia en la Tierra El oxígeno es el elemento más abundante en masa en la corteza terrestre y en los océanos, y el segundo en la atmósfera. En la corteza terrestre la mayor parte del oxígeno se encuentra formando parte de silicatos y en los océanos se encuentra formando por parte de la molécula de agua, H2O.

En la atmósfera se encuentra como oxígeno molecular (O2), dióxido de carbono(CO), y en menor proporción en otras moléculas como monóxido de carbono (CO),ozono (O) dióxido de nitrógeno (NO2), monóxido de nitrógeno (NO) o dióxido de azufre (SO2)

Atmósfera El O2 le confiere un carácter oxidante a la atmósfera. Se formó por fotólisis de H2O, formándose H2y O2:

H2O + hν → ½ O2

El oxígeno molecular presente en la atmósfera y el disuelto en el agua interviene en muchas reacciones de los seres vivos. En la respiración celular se reduce oxígeno para la producción de energía y generándose dióxido de carbono, y en el proceso de fotosíntesis se origina oxígeno y glucosa a partir de agua, dióxido de carbono (CO2) y radiación solar.

Corteza terrestre El carácter oxidante del oxígeno provoca que algunos elementos estén más o menos disponibles. La oxidación de sulfuros para dar sulfatos los hace más solubles, al igual que la oxidación de iones amonio a nitratos. Asimismo disminuye la solubilidad de algunos elementos metálicos como el hierro al formarse óxidos insolubles.

CICLO DEL CARBONO

El ciclo del carbono es el sistema de las transformaciones químicas de compuestos que contienen carbono en los intercambios entre biosfera, atmósfera, hidrosfera y litosfera. Es un ciclo biogeoquímico de gran importancia para la regulación del clima de la Tierra, y en él se ven implicadas actividades básicas para el sostenimiento de la vida.

El carbono es un componente esencial para los vegetales y animales. Forma parte de compuestos como: la glucosa, carbohidrato importantes para la realización de procesos como: la respiración; también interviene en la fotosíntesis bajo la forma de CO2 (dióxido de carbono) tal como se encuentra en la atmósfera.

La reserva fundamental de carbono, en moléculas de CO que los seres vivos puedan asimilar, es la atmósfera y la hidrosfera. Este gas está en la atmósfera en una concentración de más del 0,03% y cada año aproximadamente un 5% de estas reservas de CO2 se consumen en los procesos de fotosíntesis, es decir que todo el anhídrido carbónico se renueva en la atmósfera cada 20 años.

La vuelta de CO2 a la atmósfera se hace cuando en la respiración, los seres vivos oxidan los alimentos produciendo CO2. En el conjunto de la biosfera la mayor parte de la respiración la hacen las raíces de las plantas y los organismos del suelo y no, como podría parecer, losanimales más visibles.

Los productos finales de la combust ión son CO2 y vapor de agua. El equilibrio en la producción y consumo de cada uno de ellos por medio de la fotosíntesis hace posible la vida.

Los vegetales verdes que contienen clorofila toman el CO2 del aire y durante la fotosíntesis liberan oxígeno, además producen el material nutritivo indispensable para los seres vivos. Como todas las plantas verdes de la tierra ejecutan ese mismo proceso diariamente, no es posible siquiera imaginar la cantidad de CO2.En la medida de que el CO2 empleada en la fotosíntesis, es consumido por las plantas, también es remplazado por medio de la respiración de los seres vivos, por la descomposición de la materia orgánica y como producto final de combustión del petróleo, hulla, gasolina, etc.

En el ciclo del carbono participan los seres vivos y muchos fenómenos naturales como los incendios. Los seres vivos acuáticos toman el CO2 del agua. La solubilidad de este gas en el agua es muy superior a la que tiene en el aire.

CICLO DEL NITROGENO

El ciclo del nitrógeno es cada uno de los procesos biológicos y abióticos en que se basa el suministro de este elemento a los seres vivos. Es uno de los ciclos biogeoquímicos importantes en que se basa el equilibrio dinámico de composición de la biosfera.

Efectos

Los seres vivos cuentan con una gran proporción de nitrógeno en su composición química. El nitrógeno oxidado que reciben como nitrato (NO3) a grupos amino, reducidos (asimilación). Para volver a contar con nitrato hace falta que los descomponedores lo extraigan de la biomasa dejándolo en la forma reducida de ion amonio (NH4), proceso que se llama amonificación; y que luego el amonio sea oxidado a nitrato, proceso llamado nitrificación.

Así parece que se cierra el ciclo biológico esencial. Pero el amonio y el nitrato son sustancias extremadamente solubles, que son arrastradas fácilmente por la escorrentía y la infiltración, lo que tiende a llevarlas al mar. Al final todo el nitrógeno atmosférico habría terminado, tras su conversión, disuelto en el mar.

Los océanos serían ricos en nitrógeno, pero los continentes estarían prácticamente desprovistos de él, convertidos en desiertos biológicos, si no existieran otros dos procesos, mutuamente simétricos, en los que está implicado el nitrógeno atmosférico (N2).

Se trata de la fijación de nitrógeno, que origina compuestos solubles a partir del N2, y la desnitrificación, una forma de respiración anaerobia que devuelve N2 a la atmósfera. De esta manera se mantiene un importante depósito de nitrógeno en el aire (donde representa un 78% en volumen).

CICLO DEL AZUFRE:

El azufre forma parte de proteínas. Las plantas y otros productores primarios lo obtienen principalmente en su forma de ion sulfato (SO4). Los organismos que ingieren estas plantas lo incorporan a las moléculas de proteína, y de esta forma pasa a los organismos delnivel trófico superior.

Al morir los organismos, el azufre derivado de sus proteínas entra en el ciclo del azufre y llega a transformarse para que las plantas puedan utilizarlos de nuevo como ion sulfato. Los intercambios de azufre, principalmente en su forma de dióxido de azufre (SO2), realizan entre las comunidades acuáticas y terrestres, de una manera y de otra en la atmósfera, en las rocas y en los sedimentos oceánicos, en donde el azufre se encuentra almacenado.

El SO2 atmosférico se disuelve en el agua de lluvia o se deposita en forma de vapor seco. El reciclaje local del azufre, principalmente en forma de ion sulfato, se lleva a cabo en ambos casos. Una parte del sulfuro de hidrógeno (HS), producido durante el reciclaje local del sulfuro, se oxida y se forma SO2

2.2 Marco Conceptual

Ciclo: Serie de fases o estados por las que pasa un acontecimiento o fenómeno y que se suceden en el mismo orden hasta llegar a una fase o estado a partir de los cuales vuelven a repetirse en el mismo orden.

Biogeoquímico: Elementos químicos que están presentes tanto en los organismos vivos como en los componentes inertes de un ecosistema (rocas). La circulación de estos elementos entre los componentes de un ecosistema se le denomina Ciclos Biogeoquímicos. 

Fotosíntesis: Proceso químico que tiene lugar en las plantas con clorofila y que permite, gracias a la energía de la luz, transformar un sustrato inorgánico en materia orgánica rica en energía.

Ciclo Calvin: El ciclo de Calvin (también conocido como ciclo de Calvin-Benson o ciclo de la fijación del Carbono de la fotosíntesis) consiste en una serie de procesos bioquímicos que se realizan en elestroma de los cloroplastos de los organismos fotosintéticos.

Anoxígenica: proceso de la fotosíntesis que se realiza sin la presencia de oxígeno.

Oxígenica: proceso de la fotosíntesis que se realiza con la presencia de oxígeno.

Atp: Adenosina tri fosfato

CAPITULO III

3. Conclusiones y Recomendaciones

3.1 Conclusiones

Logrando la comprensión del tema se puede decir que los elementos son de fácil entendimiento, por lo cual podemos visualizarlos que transcurren y pertenecen en la naturaleza.

Los ciclos biogeoquímicos determinados son importantes, ya que cada intervención es indispensable y contribuyente para la vida en el planeta.

3.2 Recomendaciones

Para la realización de la fotosíntesis y de los ciclos biogeoquímicos es indispensable tener plantas y árboles, por lo cual necesitamos tener mar arboles no menos.

Parte de la realización de los ciclos depende de nosotros y para lograrlo debemos reciclar materiales; ya sea orgánicos, cartón, plástico, para así facilitar sus diversos ciclos.

CAPITULO IV

4. Bibliografía

4.1 Bibliografía Barceló, J.; Nicolás, G.; Sabater, B. y Sánchez-Tamés, R. 2001.

Fisiología Vegetal. Pirámide, Madrid. Buchanan, B.B.; Gruissem, W. y Jones, R.L. 2000. Biochemistry and

Molecular Biology of Plants. ASPP. Rockville, Maryland. Salisbury, F.B. y Ross, C.W. 2000. Fisiología de las Plantas. Vol. 2:

Bioquímica Vegetal. Thompson-Paraninfo, Madrid

4.1.1 Web grafía:

Biology On-Line

http://www.biology-online.org/

Cambio Climático

http://www.cambio-climatico.com/

Climate Change

http://epa.gov/climatechange/

Recursos Interactivos

http://www.biologia.arizona.edu/biochemistry/problem_sets/

photosynthesis_2/photosynthesis_2.html

Ciclos biogeoquímicos

http://www.biologia.edu.ar/ecologia/CICLOS

%20BIOGEOQUIM.htm#Ciclos biogeoquímicos

http://www.ciifen.org/index.php?

option=com_content&view=article&id=580:ciclos-

biogeoquimicos&catid=98:contenido-1&Itemid=131&lang=en