Saint Gaspar College

MISIONEROS DE LA PRECIOSA SANGRE Formando Personas Integras

Departamento Ciencias y tecnología

Profesores: Christian Contreras/ Ricardo Diaz Vega

Guía de repaso PRUEBA SEMESTRAL “Fotosíntesis” Nombre del alumno(a): _______________________________________________ Fecha: ________ I°

FOTOSÍNTESIS

Todos los seres vivos incorporan continuamente sustancias químicas del medio para desarrollar sus diferentes procesos vitales. En el caso de organismos autótrofos, como las plantas, las algas y algunas bacterias (cianobacterias), el proceso fundamental de su nutrición es la fotosíntesis. Este proceso consiste en una serie de reacciones químicas en las que se utilizan sustancias inorgánicas presentes en el ambiente: agua (H2O) y dióxido de carbono (CO2). Para la ocurrencia de estas reacciones se necesita energía lumínica, la cual es transformada en energía química por los organismos fotosintéticos. En la fotosíntesis se producen dos sustancias imprescindibles para los seres vivos del ecosistema. Una de las sustancias producidas en la fotosíntesis es el oxígeno (O2), que se libera a la atmósfera. Este gas está íntimamente relacionado con el proceso de respiración celular que realizan todos los seres vivos aeróbicos. La otra sustancia fundamental producida en la fotosíntesis es la glucosa (C6H12O6), una molécula de alto valor energético a partir de la cual se originan otras biomoléculas indispensables para los organismos, como proteínas, lípidos y otros glúcidos (como el almidón). Estas biomoléculas, derivadas de la fotosíntesis, son la base de la nutrición de los heterótrofos. Estructuras que participan en la fotosíntesis Los organismos fotosintéticos tienen nutrición autótrofa, ya que son capaces de sintetizar los nutrientes necesarios para sus procesos vitales. Para llevar a cabo este proceso, estos organismos requieren estructuras especializadas. En el caso de algas y plantas, el organelo celular en el que se realiza este proceso es el cloroplasto. En el interior de los cloroplastos hay un pigmento fundamental para que la fotosíntesis se lleve a cabo, llamado clorofila. Otros pigmentos fotosintéticos importantes son los carotenoides: los carotenos (tonalidad rojiza anaranjada) y las xantófilas (tonalidad amarillo pardo). En general, se considera que las hojas son el principal órgano fotosintético de la planta. Sin embargo, los tallos verdes y los sépalos de las flores son tejidos fotosintéticamente activos, debido a que poseen cloroplastos con clorofila. Por ejemplo, los tallos y espigas de plantas como el trigo poseen, antes de madurar, una alta capacidad fotosintética. Entrada de agua y dióxido de carbono a la planta ¿Cómo ingresan el agua (H2O) y el dióxido de carbono (CO2) a la planta? En el caso del agua, esta ingresa por las raíces y luego es transportada hacia las hojas por conductos formados por un tejido llamado xilema. El dióxido de carbono, que es un gas presente en la atmósfera, ingresa a través de las hojas por unos poros llamados estomas (del griego stoma, que significa boca). Los estomas están formados por unas células llamadas células oclusivas o guardianes y permiten el intercambio de vapor de agua y otros gases entre la planta y su medio.

Las células guardianes experimentan cambios en su forma y volumen determinando así la apertura o cierre de los estomas. Cuando la concentración de sales al interior de las células guardianes es mayor que fuera de estas, el agua ingresa a ellas por osmosis, provocando que se hinchen y se abra así el estoma. Esto permite que el CO2 presente en la atmósfera ingrese al interior de la hoja. Por el contrario, cuando la concentración de sales es mayor fuera de las células guardianes, el agua sale de estas y el estoma se cierra. En condiciones normales, los estomas de la mayoría de las plantas están abiertos durante el día y cerrados durante la noche. La salida de agua por los estomas se denomina transpiración. Es importante mantener hidratadas las plantas, ya que, cuando la cantidad de agua no es suficiente, los estomas se cierran, impidiendo la entrada de CO2. Si esta situación se mantiene en el tiempo, la planta puede morir.

A. Fase primaria o dependiente de luz

Al interior de los cloroplastos, los pigmentos fotosintéticos se organizan formando fotosistemas, que son unidades que captan energía lumínica y se encuentran en la membrana de los tilacoides. En cada fotosistema, la antena, que es un conjunto de pigmentos, absorbe gran parte de la energía lumínica, la modifica y la conduce hacia el centro de reacción, que es donde se encuentra una molécula de clorofila que desencadena el proceso fotosintético.

1.- Las reacciones de la fase dependiente de luz se inician cuando los fotones de energía lumínica (luz) estimulan el fotosistema II, ubicado dentro de la membrana tilacoidal del cloroplasto. Los fotones impactan los pigmentos presentes en la antena (que forma parte del fotosistema), y luego son conducidos hacia el centro de reacción compuesto por una molécula de clorofila. Lo anterior provoca la liberación de un electrón, que es transferido a otra molécula (transportador de electrones), la que a su vez lo transfiere a otra, generándose una cadena de transporte de electrones.

2.- Simultáneamente, debido a la estimulación de la clorofila del centro de reacción, ocurre la fotólisis del agua, proceso en el que dos moléculas de agua son degradadas dando origen a una molécula de oxígeno, que posteriormente puede ser liberada al ambiente, y a cuatro iones hidrógeno (H+). Es importante destacar que el oxígeno que se produce en la fotosíntesis proviene de las moléculas de agua.

3.- La cadena de transporte de electrones se acopla al fotosistema I. Cuando la molécula de clorofila del fotosistema I es estimulada por otro fotón, se genera una nueva cadena de transporte de electrones, que finalmente produce una sustancia llamada NADPH.

4.- Cuando los iones hidrógeno (H+) atraviesan la enzima ATP sintetasa, su energía se usa para transformar ADP en ATP. El ATP, junto con el NADPH, posteriormente serán usados para sintetizar glucosa.

Resumen etapa dependiente de luz

B. Fase secundaria o independiente de luz

En esta etapa, en la que la energía lumínica no es necesaria, las moléculas de ATP y NADPH, que se sintetizaron en la fase primaria, son utilizadas en las diferentes reacciones químicas que conducen a la formación de glucosa, proceso que ocurre en el estroma. En el ciclo de Calvin, a partir de una serie de reacciones químicas sucesivas, se sintetizan moléculas de glucosa a partir de CO2.

En las reacciones químicas que conforman el ciclo de Calvin participan diversas enzimas. La más importante de ellas se denomina ribulosa bifosfato (rubisco, en forma abreviada), y es la enzima que interviene en la reacción en que se capta CO2. Esta enzima es la proteína más abundante de los vegetales.

Resumen y balance en la fotosíntesis

En la fotosíntesis ocurren transformaciones de materia y energía. Desde el punto de vista de la materia, hay una transformación de sustancias simples e inorgánicas, como el dióxido de carbono y el agua, en sustancias orgánicas y de mayor complejidad como la glucosa. Asimismo, la fotólisis del agua permite que se libere oxígeno al ambiente. Una vez que la planta sintetiza glucosa, esta puede utilizarse de variadas formas. Por ejemplo, la unión de numerosas moléculas de glucosa forma polímeros como el almidón y la celulosa. El almidón es una molécula de alto valor energético, que se almacena en tejidos de reserva; y la celulosa es un constituyente de las paredes celulares y de diversos tejidos que brindan sostén a la planta. La ecuación química que resume el proceso de fotosíntesis, que es endergónico (utiliza energía), es:

Factores que influyen en la fotosíntesis A. Intensidad lumínica La energía lumínica es fundamental para la ocurrencia de la fase primaria de la fotosíntesis. En general, la tasa fotosintética aumenta progresivamente a medida que aumenta la intensidad lumínica, hasta un valor máximo, que suele estar alrededor de los 600 watts, y que varía entre las especies. Una vez alcanzado este valor máximo, la tasa fotosintética se mantiene relativamente constante, aunque la intensidad lumínica se incremente. B. Temperatura Experimentos realizados con diferentes plantas han demostrado que estas aumentan su tasa fotosintética a medida que se incrementa la temperatura. Sin embargo, existe una temperatura límite sobre la cual la tasa fotosintética empieza a decrecer progresivamente. Es importante señalar que el aumento de la tasa fotosintética no siempre implica mayor acumulación de biomasa por la planta, ya que al aumentar la temperatura también se incrementa el proceso de respiración celular, en el que las plantas utilizan las moléculas de glucosa producidas durante la fotosíntesis. Las diferentes especies vegetales poseen rangos de temperatura óptima para los cuales la tasa fotosintética es más eficiente. Dentro de estos rangos, la actividad enzimática tiende a aumentar, lo que se traduce en una mayor producción de glucosa. Por ejemplo, en plantas de origen tropical, como el maíz, el rango de temperatura en el que la tasa fotosintética es mayor oscila entre los 25 °C y los 34 °C, mientras que en plantas de origen más templado, como el trigo, el rango óptimo oscila entre los 10 °C y los 24 °C. C. Disponibilidad de agua y concentración de CO2 Para que el proceso de fotosíntesis se realice de forma exitosa, la planta debe absorber continuamente agua a través de sus raíces. Esto determina que los estomas de las hojas y tallos se mantengan abiertos, posibilitando el ingreso de una mayor cantidad de CO2 a los tejidos fotosintéticos. Por el contrario, cuando las plantas se ven enfrentadas a situaciones de estrés, por falta de agua, cierran sus estomas, lo que significa la disminución de su tasa fotosintética. Si esta situación continúa, las células vegetales pierden agua desde sus vacuolas. Por otra parte, la tasa fotosintética tiende a aumentar a medida que se incrementa la concentración de dióxido de carbono. Sin embargo, este aumento tiene un límite; incluso altas concentraciones de CO2 pueden inhibir la fotosíntesis. (Extraído y adaptado de: Libro Biología 1° medio Editorial SM 2011; Libro Biología 1° medio, editorial Santillana 2010; Libro Biología 1° medio Bicentenario, editorial Santillana 2009)

Actividades I.- Responde si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas. Justifica las falsas. a. _______ En el ciclo de Calvin ocurre la síntesis de ATP y NADPH. b. _______ Los estomas son los lugares de las hojas en los que ocurre la fotosíntesis c. _______ Un fotosistema está compuesto por el centro de reacción y por los pigmentos antena. d. _______ En la fotosíntesis, la fase dependiente de luz se inicia en el fotosistema I. e. _______ El oxígeno (O2) se forma a partir de la molécula de dióxido de carbono (CO2). f. _______ La membrana tilacoidal se encuentra ubicada al interior del cloroplasto. g. _______ La molécula de ATP posee un alto valor energético. h. _______ La fotosíntesis es un proceso de tipo exergónico. i. _______ La transpiración consiste en la pérdida de agua por la planta, a través de sus estomas.

II.- Analiza la información de la tabla. Luego, responde las preguntas planteadas. 1. ¿Qué ocurre con la tasa fotosintética a medida que aumenta la temperatura? ____________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________ 2. ¿Qué ocurre con la tasa fotosintética después de los 30 ºC?, ¿cómo explicarías este hecho? ____________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________ 3. ¿Cómo influye la temperatura en la tasa fotosintética? Explica. ____________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________ III.- Alternativas 1.- Una ramita de elodea se coloca en el interior de un embudo, como muestra la fotografía. Después de seis horas de estar bajo la luz solar, se observan burbujas en el tubo de ensayo. ¿A qué sustancia corresponden estas burbujas, principalmente? a) Oxígeno. b) Nitrógeno. c) Hidrógeno. d) Dióxido de carbono. e) Monóxido de carbono. 2.- ¿Cuál de las siguientes sustancias se produce durante la fase oscura ? a)) Lípidos. b) Glúcidos. c) Proteínas. d) Sales minerales. e) Ácidos nucleicos. 3.- En la fotosíntesis hay diversos factores que influyen sobre el proceso. Al respecto, el siguiente gráfico representa la relación entre la tasa fotosintética, la intensidad luminosa y la temperatura. Con respecto al gráfico, la tasa fotosintética representa una variable A) independiente. B) intrapolada. C) dependiente. D) no controlada. E) extrapolada.