Temario 2015

Captacin de energa solar: La fotosntesis

Contenido La fotosntesis

Reacciones dependientes de la luz

Reacciones independientes de la luz

Agua y la va

Un dinosaurio predestinado a morir observa el gigantesco meteorito que se dirige hacia la Tierra. Algunos cientficos creen que su impacto pudo haber causado una extincin masiva hace cerca de 65 millones de aos.

Hace sesenta y cinco millones de aos se extingui el ltimo dinosaurio no aviario. Igual que los gigantescos Mosa saurios y plesiosauros en los mares y los pterosaurios en los cielos. El plancton, la base de la cadena alimenticia del ocano, se vio muy afectado. Muchas familias de braquipodos y esponjas de mar desaparecieron. Los restantes ammonites de concha dura se esfumaron. Se redujo la gran diversidad de tiburones. Se marchit la mayor parte de la vegetacin. En resumen, se elimin ms de la mitad de las especies mundiales. La fuerza del impacto lanzo hacia la atmosfera billones de toneladas de fragmentos de la corteza terrestre y del meteorito mismo. El calor generado por el impacto con toda seguridad causo incendios que pudieron haber carbonizado 25 por ciento de toda la vegetacin terrestre. Cenizas, polvo y humo cubrieron el sol, y as la tierra quedo sumergida en una oscuridad que duro meses. Esto desata preguntas como Qu ocurrira en la actualidad si el sol se ocultase durante varios meses? Porque la luz solar es tan importante? Realmente un meteorito fue el responsable del fin del reinado de los dinosaurios?

La fotosntesisHace al menos 2000 millones de aos, debido a cambios fortuitos (mutaciones) en su composicin gentica, algunas clulas adquirieron la capacidad de aprovechar la energa de la luz solar. Estas clulas combinaban las molculas inorgnicas simples dixido de carbono y agua para formar molculas orgnicas ms complejas como la glucosa. En el proceso de fotosntesis, esas clulas captaban una pequea fraccin de la energa de la luz solar y la almacenaban como energa qumica en dichas molculas orgnicas complejas. Puesto que podan explotar esta nueva fuente de energa sin hacer frente a competidores, las primeras clulas fotosintticas llenaron los mares, liberando oxgeno como producto. El oxgeno libre, que era un nuevo elemento en la atmsfera, resultaba daino para muchos organismos. No obstante, la infinita variacin ocasionada por errores genticos aleatorios finalmente produjo algunas clulas que sobrevivan en presencia de oxgeno y, posteriormente, clulas que utilizaban el oxgeno para descomponer la glucosa en un nuevo y ms eficiente proceso: la respiracin celular. En la actualidad casi todas las formas de vida en el planeta, nosotros entre ellas, dependen de los azcares producidos por organismos fotosintticos como fuente de energa y liberan la energa de esos azcares mediante la respiracin celular, empleando el producto de la fotosntesis, es decir, el oxgeno.A partir de las molculas sencillas de dixido de carbono y agua , la fotosntesis convierte la energa de la luz solar en energa qumica que se almacena en los enlaces de la glucosa y libera oxgeno . La reaccin qumica general ms sencilla para la fotosntesis es:

La fotosntesis se efecta en las plantas y algas eucariticas, y en ciertos tipos de procariotas, los cuales se describen como auttrofos (literalmente, que se alimentan por s mismos).

Reacciones dependiente de la luzLas reacciones dependientes de la luz captan la energa de la luz solar, la almacenan como energa qumica en dos molculas portadoras de energa diferentes: la conocida portadora de energa ATP (trifosfato de adenosina) y el portador de electrones de alta energa NADPH (dinucletido de nicotinamida y adenina fosfato). La energa qumica almacenada en estas molculas portadoras se utilizar despus para impulsar la sntesis de molculas de almacenamiento de alta energa, como la glucosa, durante las reacciones independientes de la luz.Las reacciones dependientes de la luz se efectan dentro de las membranas tilacoideas Las membranas tilacoideas contienen sistemas altamente organizados de protenas, clorofila y molculas de pigmentos accesorios, incluidos los carotenoides; a tales sistemas se les llama fotosistemas. Cada tilacoide contiene miles de copias de dos tipos de fotosistemas, conocidos como fotosistema I (FS I) y fotosistema II (FS II). Ambos se activan con la luz y funcionan de manera simultnea. Cada fotosistema contiene aproximadamente de 250 a 400 molculas de clorofila y carotenoide. Estos pigmentos absorben la luz y pasan su energa a un par de molculas de clorofila a especficas, dentro de una pequea regin del fotosistema llamada centro de reaccin.El fotosistema II genera ATP: Las reacciones dependientes de la luz comienzan cuando los fotones son absorbidos por el fotosistema II. La energa luminosa se transfiere de una molcula a otra hasta que llega al centro de reaccin, donde impulsa un electrn hacia fuera de cada una de las dos molculas de clorofila. El primer portador de electrones de la cadena transportadora de electrones adyacente acepta de inmediato estos dos electrones energticos en forma de calor.El fotosistema I genera NADPH: La luz tambin ha estado incidiendo en las molculas de pigmento del fotosistema I. La energa de los fotones de luz es captada por estas molculas de pigmento y se dirige hacia las dos molculas de clorofila del centro de reaccin, las cuales expelen electrones de alta energa. Estos electrones saltan a la cadena transportadora de electrones del fotosistema I. Los electrones energticos expelidos del fotosistema I se mueven a travs de la cadena transportadora de electrones adyacente que es ms corta y, finalmente, se transfieren al portador de electrones NADP+. La molcula portadora de energa NADPH se forma cuando cada molcula NADP+ capta dos electrones energticos y un ion hidrgeno. Tanto la molcula NADP+ como la NADPH son solubles en agua y estn disueltas en el estroma del cloroplasto. Las clorofilas del centro de reaccin del fotosistema I de inmediato reemplazan a los electrones que perdieron, al obtener electrones carentes de energa de la portadora de electrones final de la cadena transportadora de electrones alimentada por el fotosistema II.La descomposicin del agua mantiene el flujo de electrones a travs de los fotosistemas: En general los electrones fluyen del centro de reaccin del fotosistema II, a travs de la cadena transportadora de electrones cercana, hacia el centro de reaccin del fotosistema I, y a travs de la cadena transportadora de electrones ms prxima; en este punto, finalmente forman NADPH. Para mantener este flujo unidireccional de electrones, se debe abastecer de forma continua el centro de reaccin del fotosistema II con electrones nuevos que remplacen los que cede. Estos electrones de remplazo provienen del agua. En una serie de reacciones, las clorofilas del centro de reaccin del fotosistema II atraen electrones de las molculas de agua que estn dentro del compartimento del tilacoide, lo cual hace que los enlaces de esas molculas de agua se rompan: Reacciones independiente de la luzEl ATP y el NADPH sintetizados durante las reacciones dependientes de la luz se disuelven en el estroma fluido que rodea los tilacoides. Ah estas sustancias proporcionan la energa necesaria para sintetizar glucosa a partir de dixido de carbono y agua un proceso que requiere de enzimas, las cuales tambin estn disueltas en el estroma. Las reacciones que finalmente producen glucosa se llaman reacciones independientes de la luz, porque se pueden efectuar sin la intervencin de la luz siempre y cuando haya disponibles ATP y NADPH. Sin embargo, estas molculas de alta energa necesarias para la sntesis de la glucosa estn disponibles slo si fueron recargadas por la luz. De modo que cualquier suceso que reduzca la disponibilidad de luz (como cuando hubiera mucho polvo, humo y cenizas, si un meteorito se impactara con la Tierra) disminuira tambin la disponibilidad de estos compuestos de alta energa y, en consecuencia, se reducira la capacidad de las plantas para sintetizar su alimento.El ciclo capta dixido de carbono: El proceso de captar seis molculas de dixido de carbono del aire y usarlas para sintetizar la glucosa (azcar de seis carbonos) tiene lugar en una serie de reacciones conocidas como ciclo de Calvin-Benson (en honor a sus descubridores) o como ciclo . Este ciclo requiere (comnmente del aire); el azcar, bifosfato de ribulosa (RuBP); enzimas para catalizar cada una de sus mltiples reacciones; y energa en forma de ATP y NADPH, que las reacciones dependientes de la luz proporcionan.El ciclo de la fijacin de carbono: 1) Seis molculas de RuBP reaccionan con seis molculas de para formar 12 molculas de PGA. Esta reaccin es fijacin de carbono: se capta carbono del para introducirlo en molculas orgnicas. 2) La energa de 12 ATP y los electrones e hidrgenos de 12 NADPH se emplean para convertir las 12 molculas de PGA en 12 de G3P. 3) La energa de seis molculas de ATP se usa para reordenar diez de G3P como seis de RuBP, para completar una vuelta del ciclo . 4) Dos molculas de G3P est disponibles para sintetizar glucosa u otras molculas orgnicas. El proceso en (4) tiene lugar fuera del cloroplasto y no forma parte del ciclo .

Agua, y la va La fotosntesis requiere de luz y dixido de carbono. Por ello pensaramos que una hoja ideal debera tener un rea superficial grande para interceptar mucha luz solar, y tambin ser muy porosa para que el entre en abundancia en la hoja desde el aire. En el caso de las plantas terrestres, sin embargo la porosidad del aire tambin permite que el agua se evapore de la hoja con facilidad. La prdida de agua por las hojas en una causa principal de estrs para las plantas terrestres y puede, incluso, llegar a ser fatal.Muchas plantas han desarrollado hojas que constituyen una especie de compromiso entre obtener energa luminosa y adecuados, y reducir la prdida de agua. Estas hojas cuentan con un rea superficial grande para interceptar la luz, un recubrimiento impermeable para reducir la evaporacin, y poros ajustables (estomas), que difunden con facilidad el del aire. En la mayora de las hojas de las plantas, los cloroplastos se encuentran en las clulas del mesfilo y en los estomas.Las plantas que usan el proceso para fijar carbono estn obligadas a utilizar esta va, que consume ms energa para producir glucosa que la va . Las plantas tienen ventaja cuando la energa luminosa es abundante y no lo es el agua. Sin embargo, si el agua es abundante, lo cual permite a los estomas de las plantas permanecer abiertos y dejar entrar bastante cantidad de , o si los niveles de luz son bajos, la va de fijacin de carbono ms eficiente resulta ventajosa para la planta. En consecuencia, las plantas medran en desiertos y en regiones ms clidas y ms secas en climas templados, donde la energa luminosa es abundante, pero el agua escasa. Las plantas que usan la fotosntesis incluyen el maz, la caa de azcar, el sorgo, algunos pastos (incluido el garrachuelo) y ciertos tipos de cardos. Las plantas (que incluyen la mayora de los rboles; granos cmo trigo, avena y arroz; y pastos como la poa pratense) tienen ventaja en climas frescos, hmedos y nublados, porque la va es ms eficiente en su consumo de energa. Estas diferentes adaptaciones explican por qu el exuberante csped de poa pratense (una planta ) podra verse invadido por el garrachuelo espigado (una planta ) durante un largo verano caluroso y seco.Temario 2015Grupo 1611

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Bachiller en Ciencias y Letras con Especialidad en Electrnica IndustrialBachiller en Ciencias y Letras con Especialidad en Electrnica Industrial

INSTITUTO TCNICO DE CAPACITACIN Y PRODUCTIVIDADINTECAPCENTRO DE CAPACITACION GUATEMALA 1

CARRERABACHILLER EN CIENCIAS Y LETRAS CON ESPECIALIDAD ENELECTRONICA INDUSTRIAL

TEMARIO DE GRADUACINTEMA: LA FOTOSINTESIS

ELABORADO POR: ERICK DAVID ELEL XOYON

CATEDRTICO ASESOR: YOLANDA ERAZO

GUATEMALA, 25 DE FEBRERO DE 2015