Modelo Para Explicar el Funcionamiento de los Ecosistemas · atmósfera y la litosfera. ... Diseña...
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Utilizando un Terrario Como Modelo Para Explicar el Funcionamiento de los Ecosistemas Prof. Mario Tacher MSP21-Nivel Superior Universidad Interamericana Recinto de Bayamón
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Utilizando un Terrario Como
Modelo Para Explicar el
Funcionamiento de los
Ecosistemas
Prof. Mario Tacher
MSP21-Nivel Superior
Universidad Interamericana
Recinto de Bayamón
Objetivos
Construir un terrario y utilizarlo como modelo de ecosistema
para:
Reconocer las relaciones de interdependencia entre los
componentes de un ecosistema a través de cadenas alimenticias
Visualizar como los ciclos biogeoquímicos transforman y
transportan la materia en los ecosistemas.
Visualizar como se transforma la energía en los ecosistemas.
Interpretar las reacciones químicas de los procesos de fotosíntesis
y respiración celular utilizando un modelo de ecosistema,
enfatizando las entradas y salidas de la materia y la transferencia
de la energía llevada a cabo por sus componentes.
Preguntas Esenciales (PE) y Comprension
Duradera (CD)-(Unidad B3)
PE1 ¿De qué forma el ciclo de los elementos apoya la vida
en la Tierra?
CD1 Los ciclos biogeoquimicos, incluyendo el ciclo del
carbono, transportan materia a traves de los oceanos, la
atmosfera, el suelo y la biosfera.
PE2 ¿Como se combinan el carbono, el hidrogeno y el
oxigeno con otros elementos para formar los
aminoacidos?
CD2 Los atomos forman moleculas organicas, tales como
los aminoacidos, a traves de reacciones que son
catalizadas por enzimas..
Preguntas Esenciales (PE) y Comprension
Duradera (CD)-(Unidad B7)
PE1. ¿Por qué son importantes los ciclos biogeoquimicos
para el ecosistema?
CD1. Los ciclos de la materia y la energia en los
ecosistemas proporcionan los materiales necesarios en los
procesos de fotosintesis y respiracion celular.
PE4. ¿Como los humanos impactan a los ecosistemas y a
la biodiversidad?
CD4. Las actividades humanas suelen tener impactos
adversos sobre los ecosistemas y la biodiversidad como
resultado de la sobrepoblacion, sobrexplotacion de
recursos, destruccion de habitats y contaminacion.
Preguntas Esenciales (PE) y Comprension
Duradera (CD)-(Unidad A.3)
PE1 ¿Como la energia se transforma a traves de un
sistema biologico?
CD1 En un ecosistema, los organismos estan enlazados
unos a otros a traves del flujo de energia.
PE2 ¿Por qué son importantes las interacciones entre las
especies en un ecosistema?
CD2 Todos los animales y la mayoria de las plantas
dependen tanto de otros organismos, como de su
ambiente, para satisfacer sus necesidades basicas.
Preguntas Esenciales (PE) y Comprension
Duradera (CD)-(Unidad A.3)
PE3 ¿Como el entendimiento sobre el flujo de la materia y
la energia a traves de los sistemas vivientes afecta las
decisiones personales y de politica publica?
CD3 Todos los seres vivientes requieren energia para
sostener un ecosistema prospero, lo que influye las
decisiones politicas.
Preguntas Esenciales (PE) y Comprension
Duradera (CD)-(Unidad A.4)
PE3 ¿Como se recicla la naturaleza a si misma?
CD3 A pesar de que la materia y la energia se conservan
a traves de escalas de tiempo geologicas y cosmologicas,
los recursos naturales no son infinitos.
PE4 ¿Las personas estan utilizando informacion correcta
al tomar decisiones sobre el medio ambiente?
CD4 Los avances tecnologicos deben ser balanceados
con la responsabilidad inherente que tienen los humanos
hacia el ambiente.
Objetivos de Transferencia (T) y
Adquisicion (A)-(B.3)
T1. Al terminar la unidad, el estudiante utiliza su
aprendizaje sobre los ciclos de la materia a traves de los
subsistemas de la Tierra y la transferencia de energia y
materia durante la biosintesis de moleculas organicas para
tomar decisiones informadas respecto a la conservacion y
propagacion de las plantas como productoras de alimento,
controlar los efectos daninos a los ciclos de la materia y la
energia en los ecosistemas y mantener una dieta
balanceada.
A2. Evaluar y explicar modelos de los ciclos
biogeoquimicos.
Objetivos de Transferencia (T) y
Adquisicion (A)-(B.3)
A3. Interpretar las reacciones quimicas involucradas e
ilustrar el rol de la fotosintesis y la respiracion celular en
los subsistemas del Planeta Tierra.
A4. Formular una explicacion sobre la sintesis de los
aminoacidos y otras moleculas de carbono.
A5. Disenar un modelo que demuestre que la respiracion
celular es el proceso quimico que resulta en la
transferencia neta de energia.
A7. Ilustrar como los procesos de fotosintesis y de
respiracion transforman la energia de la luz en energia
quimica almacenada.
Objetivos de Transferencia (T) y
Adquisicion (A)-(B.6)
A1. Construir y revisar una explicacion sobre como los
atomos y las moleculas (carbono, oxigeno, hidrogeno y
nitrogeno) se conservan cuando pasan a traves de un
ecosistema.
A6. Explicar la relacion entre poblacion, comunidades y
ecosistemas en una biosfera.
Objetivos de Transferencia (T) y
Adquisicion (A)-(A.3)
T1. Al terminar la unidad, el estudiante usará sus
conocimientos sobre las relaciones entre la ecologia, el
flujo de energia, y el agua en el ambiente, para tomar
decisiones informadas sobre la calidad de sus vidas, la
conservacion del ambiente en que vive y el mundo en
general.
A1. Evaluar las relaciones de interdependencia entre los
elementos de un ecosistema, entre los mismos
ecosistemas, y el planeta.
Objetivos de Transferencia (T) y
Adquisicion (A)-(A.3)
A4. Representar y analizar la interdependencia del
alimento con diagramas de cadenas y redes.
A6. Identificar a la entropia como un factor principal en la
perdida de la energia disponible en el alimento a traves de
los niveles troficos.
Objetivos de Transferencia (T) y
Adquisicion (A)-(A.4)
A6. Analizar los modelos de ciclos biogeoquimicos.
A7. Describir el papel de la fotosintesis y respiracion
celular en los ciclos del carbono en la biosfera, la
atmosfera y la litosfera.
Estándares e Indicadores (B.2)
Interacciones y energía
ES.B.CB1.IE.3
Disena un modelo que ilustre que la respiracion celular es
un proceso quimico a traves del cual los enlaces de las
moleculas de alimento y las moleculas de oxigeno se
rompen y se forman nuevos enlaces, resultando en una
transferencia de energia neta. El enfasis está en la
comprension conceptual de los procesos de entrada y
salida durante la respiracion celular.
Estándares e Indicadores (B.2)
Interacciones y energía
ES.B.CB1.IE.4
Usa modelos para ilustrar como la fotosintesis y la
respiracion transforman la energia de la luz en energia
quimica almacenada. El enfasis está en la ilustracion de
las entradas y salidas de la materia y la transferencia y
transformacion de energia en la fotosintesis por parte de
las plantas y otros organismos fotosinteticos. Ejemplos de
modelos podrian incluir diagramas, ecuaciones quimicas y
modelos conceptuales.
Estándares e Indicadores (B.3)
Interacciones y energía
ES.B.CB1.IE.2
Construye y revisa una explicacion basada en evidencia
de como el carbono, el hidrogeno y el oxigeno de las
moleculas de azucar pueden combinarse con otros
elementos para formar aminoacidos y otras moleculas de
carbono. El enfasis está en el uso de modelos y
simulaciones que apoyen esta explicacion.
Estándares e Indicadores (B.3)
Interacciones y energía
ES.B.CB1.IE.3
Disena un modelo que ilustre que la respiracion celular es
un proceso quimico a traves del cual los enlaces de las
moleculas de alimento y las moleculas de oxigeno se
rompen y se forman nuevos enlaces, resultando en una
transferencia de energia neta. El enfasis está en la
comprension conceptual de los procesos de entrada y
salida durante la respiracion celular.
Estándares e Indicadores (B.3)
Interacciones y energía
ES.B.CB1.IE.4
Usa modelos para ilustrar como la fotosintesis y la
respiracion transforman la energia de la luz en energia
quimica almacenada. El enfasis está en la ilustracion de
las entradas y salidas de la materia y la transferencia y
transformacion de energia en la fotosintesis por parte de
las plantas y otros organismos fotosinteticos. Ejemplos de
modelos podrian incluir diagramas, ecuaciones quimicas y
modelos conceptuales.
Estándares e Indicadores (B.3)
Interacciones y energía
ES.B.CB2.IE.3
Desarrolla modelos para ilustrar el papel de la fotosintesis
y la respiracion celular en los ciclos de carbono en la
biosfera, atmosfera, hidrosfera y geosfera. Ejemplos de
modelos podrian incluir simulaciones y modelos
matematicos. La evaluacion no incluye los pasos quimicos
especificos de la fotosintesis y la respiracion.
Estándares e Indicadores (B.7)
Conservación y Cambio
ES.B.CB2.CC.3
Explica la relacion entre las poblaciones, las comunidades,
los ecosistemas de la biosfera.
ES.B.CB2.CC.4
Disena, evalua y refina una solucion para reducir los
impactos de las actividades humanas en el ambiente y en
la biodiversidad. Ejemplos de las actividades pueden
incluir la urbanizacion, la construccion de represas y la
diseminacion de especies invasoras.
Estándares e Indicadores (B.7)
Interacciones y energia
ES.B.CB2.IE.1
Construye y revisa una explicacion, a base de evidencia,
sobre los ciclos de la materia y el flujo de la energia en
condiciones aerobicas y anaerobicas. El enfasis está en la
comprension conceptual de los papeles de la respiracion
aerobica y anaerobica en diferentes ambientes.
Estándares e Indicadores (A.3)
Interacciones y energia
ES.A.CB1.IE.11
Revisa evidencia para apoyar el hecho de que la entropia es el factor
principal de perdida de energia disponible en los alimentos a traves de
los niveles troficos.
ES.A.CB1.IE.12: Analiza el rol que desempenan y establece
conexiones entre los productores, los consumidores y los
descomponedores en la cadena y en la red alimentaria de un
ecosistema, y explica que la cadena alimentaria o trofica es un
ejemplo de la relacion mutua de supervivencia entre las especies.
Incluye representar la interdependencia alimentaria mediante el uso de
diagramas.
Estándares e Indicadores (A.3)
Interacciones y energia
ES.A.CB1.IE.13
Representa la interdependencia alimentaria con diagramas
que ilustren cadenas y redes troficas, y establece
relaciones de interdependencia entre los elementos de un
ecosistema, entre los ecosistemas entre sí y entre estos y
el planeta.
Estándares e Indicadores (A.4)
Interacciones y energia
ES.A.CB1.IE.8
Representa y describe el ciclo del carbono en la
hidrosfera, atmosfera, la geosfera y la biosfera. El enfasis
esta en ilustrar los ciclos biogeoquimicos. Debe incluir el
ciclo del carbono por oceanos, atmosfera, suelos y
biosfera (incluyendo los seres humanos).
ES.A.CB1.IE.9
Describe el papel de la fotosintesis y la respiracion celular
en los ciclos de carbono en la biosfera, atmosfera
hidrosfera y geosfera. Ejemplos podrian ser modelos o
incluir simulaciones u organizadores graficos.
Procesos y Destrezas
PD2: Desarrolla y usa modelos: El estudiante utiliza,
sintetiza y desarrolla modelos para predecir y demostrar
las relaciones entre los sistemas y sus componentes.
Desarrolla un modelo a base de evidencias para ilustrar
estas relaciones.
Procesos y Destrezas
PD8: Obtiene, evalua y comunica informacion: El
estudiante evalua la validez y confiabilidad de las
suposiciones, metodos y disenos. Comunica informacion
tecnica y cientifica en multiples formatos (incluyendo
formatos verbales, graficos, textuales y matematicos).
PD2: Desarrolla y usa modelos: El estudiante utiliza,
sintetiza y desarrolla modelos para predecir y demostrar
las relaciones entre los sistemas y sus componentes.
Desarrolla un modelo basado en evidencias para ilustrar y
predecir las relaciones entre sistemas y sus componentes.
Estos proveen una explicacion mecanica del fenomeno.
Definición de Ecosistema
Consiste de todos los organismos (factores bióticos)
interaccionando en un área dada y de todos los componentes
físicos y químicos (factores abióticos) de los que dependen.
Factores Bióticos
Incluye todos los seres vivos y sus interacciones:
Interacciones intra-específicas: relaciones entre
organismos de la misma especie.
Interacciones inter-específicas: relaciones entre
organismos de diferentes especies.
Factores Abióticos Presentes
en los Ecosistemas:
Temperatura
Agua
Luz solar
Viento
Rocas y suelos (complejidad física, pH, minerales).
Ecosistema Terrestre
Bosque Tropical
El Terrario Como Ecosistema
Artificial Dibuje la composición de su terrario.
Dibujo # 2
Terrario
Identifique factores bióticos y abióticos asociados a su
terrario.
Mencione algún tipo de relación interespecífica y/o
intraespecífica que esté ocurriendo en su terrario.
Terrario
Identifique factores bióticos y abióticos asociados a su
terrario.
Terrario
Mencione algún tipo de relación interespecífica y/o
intraespecífica que este ocurriendo en su terrario:
Dinámica de los Ecosistemas
La dinámica de los ecosistemas envuelve dos vertientes claves
para entender su funcionamiento:
El flujo de energía
El reciclaje de la materia.
Flujo de Energía en los
Ecosistemas:
Definición de energía: capacidad para realizar trabajo.
Los seres vivos la utilizan para reproducción, desarrollo y
para procesos metabólicos que los mantienen vivos.
Sin energía, no habría vida.
¿ Cómo Entra la Energía en los
Ecosistemas ?
La energía entra en la mayoría de los ecosistemas en la forma de
fotones de luz solar y es capturada por organismos
fotoautótrofos.
Fotoautótrofos: organismos que producen su propio
alimento (i.e plantas, algas, procariótas fotosintéticos).
Los fotoautótrofos transforman la energía del sol en energía
química (carbohidratos) vía el proceso de fotosíntesis.
Ecuación que Resume el Proceso de Fotosíntesis
6 CO2 + 12 H2O + Fotones C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O
Photo by Nasim Mansurov (http://photographylife.com
Terrario Identifique los organismos autótrofos en su
terrario.
¿ Donde ocurre el proceso de fotosíntesis en su
terrario ?
Terrario Identifique los organismos autótrofos en su
terrario:
¿ Donde ocurre el proceso de fotosíntesis en su
terrario ?
Fotosíntesis en los Cloroplastos
Bio.miami.edu
Terrario Describa el proceso de fotosíntesis en su terrario,
indicando donde están los productos y reactivos
de su ecuación.
6 CO2 + 12 H2O + Fotones C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O
Dibujo # 2
Flujo de Energía en los
Ecosistemas:
Una vez incorporada en la planta (enlaces químicos de los
carbohidratos), la energía pasa a los organismos consumidores
(heterótrofos) en forma de compuestos orgánicos en su alimento.
Terrario ¿ Están presentes organismos heterótrofos en su
terrario ?
¿ Cuál o cuáles ?
Flujo de Energía en los
Ecosistemas:
En las células de los heterótrofos se transforma la energía de los
compuestos orgánicos en energía para llevar a cabo los procesos
metabólicos (ATP) mediante el proceso de respiración celular en las
mitocondrias.
C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O + Energía (ATP + calor).
Terrario Ilustre el proceso de respiración celular en su
terrario.
Indique donde están los productos y reactivos de
la ecuación.
C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O + Energía (ATP +
calor).
Flujo de Energía en un Ecosistema
“Primera Ley de Termodinámica”
Transferencia de Energía Entre
los Niveles Tróficos:
La transferencia de energía entre los niveles tróficos es
usualmente poco eficiente.
Nivel trófico: posición que ocupa un organismo en la cadena de
alimento en un ecosistema.
Tet.jnlive.mobi
Flujo de Energía
Transferencia de Energía Entre
los Niveles Tróficos:
Como resultado, se va perdiendo energía a la vez que
esta fluye a través de los diferentes niveles tróficos en un
ecosistema.
Terrario Conteste asumiendo que su terrrarium nunca se
abriera.
¿ Cuál sería la fuente de CO2 en su terrario ?
¿ Cuál sería la fuente de O2 en su terrario ?
Terrario Ilustre en su terrario la integración de los procesos
de fotosíntesis y respiración celular:
Reciclaje de la Materia en los
Ecosistemas:
La segunda vertiente clave en el funcionamiento de los
ecosistemas es el reciclaje de materia o elementos
químicos.
¿ Cómo se Mueve la Materia en
los Ecosistemas ?
Los elementos químicos (i.e. carbono, fósforo y nitrógeno) se
mueven de forma cíclica entre los componentes bióticos y
abióticos de un ecosistema.
En los ecosistemas se puede aplicar la Ley de Conservación de
Masa, que postula:
“ La materia no se crea ni se destruye, solo se transforma”
Pasos del Reciclaje de la Materia
en los Ecosistemas:
1- Los organismos fotosintéticos asimilan los elementos en forma
inorgánica (i.e. nitratos, fosfatos) del suelo, aire y agua.
2-Procesos metabólicos transforman los elementos inorgánicos
en compuestos orgánicos formando las diferentes estructuras de
la planta (i.e hojas, tallos, frutos y semillas).
Pasos en el Reciclaje de la
Materia:
3-Parte de estas estructuras son consumidas por animales
herbívoros integrando esta materia orgánica en su cuerpo.
4-Otros animales se alimentan de los herbívoros.
5-Los desechos orgánicos de los animales son convertidos a
materia inorgánica vía el proceso de descomposición bacterias y
hongos).
6-Los elementos son devueltos en forma inorgánica al aire, suelo
y agua para ser reutilizados por los autótrofos.
Niveles Tróficos
Terrario
De ejemplos de compuestos orgánicos en su terrario
De ejemplos de compuestos inorgánicos en su terrario
Terrario
De ejemplos de compuestos orgánicos en su terrario:
Membrana plasmática de una célula eucariótica.
Glyco-
proteinGlycolipid
Fibers of extra-
cellular matrix (ECM)
Carbohydrate
Cholesterol
Microfilaments
of cytoskeletonPeripheral
proteins Integral
protein
EXTRACELLULAR
SIDE OF
MEMBRANE
CYTOPLASMIC SIDE
OF MEMBRANE
Terrario
De ejemplos de compuestos inorgánicos en su terrario:
Diferencia entre Materia y
Energía
A diferencia de la materia, la energía no se recicla, por tanto se
necesita una fuente de energía constante, en la mayoría de los
casos, el sol.
Por el otro lado, al reciclarse la materia, se mantiene constante.
Fuera de meteoritos ocasionales, la materia que existe en nuestro
planeta es prácticamente la misma desde su formación.
La Materia se Mueve en los
Ecosistemas a través de Ciclos:
La mayoría de los componentes químicos en un ser vivo
están en un constante intercambio donde se asimilan
nuevos nutrientes y se excretan una vez utilizados.
Estos procesos pueden ser visualizados en ciclos.
Ya que el reciclaje de los nutrientes envuelven
componentes bióticos y abióticos, se les conoce como
ciclos biogeoquímicos.
Ciclo del Agua
Transport
over land
Precipitation
over landEvaporation
from ocean
Precipitation
over ocean
Net movement of
water vapor by wind
Solar energy
Evapotranspiration
from land
Runoff and
groundwater
Percolation
through
soil
Terrario Ilustre como ocurriría el ciclo del agua en su
terrario.
Ciclo de Carbono
www.windows2universe.org
Ciclo del Carbono
Terrario Ilustre como ocurriría el ciclo del carbono en su
terrario.
Terrario Ilustre como ocurriría el ciclo del fósforo en su
terrario.
Terrario Ilustre como ocurriría el ciclo del nitrógeno en su
terrario.
FOTOSINTESIS
Definición de Fotosíntesis:
Proceso por el cual ciertos organismos transforman la
energía solar en energía química y la almacenan en
moléculas orgánicas.
Importancia de Fotosíntesis:
Principal fuente energética del planeta.
Directa o indirectamente, proporciona el alimento a la
mayoría de los organismos.
Es la fuente principal de oxígeno.
Los organismos fotosintéticos Integran carbono de forma
estructural, reduciendo el CO2 atmosférico (asociado a el
calentamiento global).
FOTOSINTESIS:
Ecuación que resume la fotosíntesis:
6 CO2 + 12 H2O + energía de luz C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O
Ocurre solamente en estructuras especializadas dentro de las células.
Este proceso incluye un número significativo de enzimas (catalizadores biológicos).
Reactants:
Fig. 10-4
6 CO2
Products:
12 H2O
6 O26 H2OC6H12O6
El O2 producido proviene de la molécula de agua
La fotosíntesis es llevada a cabo por plantas, algas,
algunos protistos y bacterias.
A estos se les conoce como fotoautótrofos.
Fotoautótrofos: organismos que usan la energía solar
para producir moléculas orgánicas a partir de compuestos
inorgánicos.
DETALLES DE FOTOSINTESIS:
Organismos Fotosintéticos
Plantas
Protistos unicelulares
Algas Cianobacteria
Bacterias púrpurasDe azufre
10 µm
1.5 µm
40 µm
En plantas, la fotosíntesis ocurre principalmente en las
células de las hojas.
Dentro de organelos especializados, llamados
cloroplastos.
Específicamente en unas estructuras en forma de sacos,
llamadas tilacoides que contienen el pigmento clorofila.
Los tilacoides se agrupan en estructuras llamadas granas.
La fotosíntesis culmina en un medio fluido en el cloroplasto
conocido como estroma.
Estructuras
Asociadas a la
FotosíntesisCorte de hoja
Vena
Mesófilo
Estoma CO2O2
Célula del mesófiloCloroplasto
5 µm
Membranaexterna
EspacioIntermembranoso
Membranainterna
Grana
Estroma
1 µm
Fotosíntesis en los Cloroplastos
Bio.miami.edu
La luz solar como fuente de
energía:
La luz es un tipo de radiación electromagnética.
Se compone de “paquetes” de energía llamados fotones.
Los fotones tienen asociado una cantidad de energía.
Esta energía corresponde a su longitud de onda.
La luz es una onda
Longitud de onda (λ)= la distancia entre crestas.
La longitud de onda determina la cantidad de energía.
A menor λ, mayor energía.
Espectro Electromagnético:
Nos muestra las diferentes radiaciones que recibe nuestro
planeta.
Las radiaciones con largo de onda corta son muy
energéticas, pero dañinas para la mayoría de los seres
vivos.
Las radiaciones con largo de onda larga no tienen la
suficiente energía para impulsar procesos biológicos.
Las radiaciones intermedias tienen la energía ideal para
procesos biológicos.
Espectro Electromagnético
Visible light
Gamma
raysX-rays UV Infrared
Micro-
waves
Radio
waves
10–5 nm 10–3 nm 1 nm 103 nm 106 nm1 m
(109 nm) 103 m
380 450 500 550 600 650 700 750 nm
Longer wavelength
Lower energy
Shorter wavelength
Higher energy
Cuando llega luz solar a una hoja
pueden ocurrir diferentes procesos:
Se refleja (rebota).
Se transmite (pasa a través).
Se absorbe.
La radiación que se absorbe es la que calienta al objeto o
impulsa procesos biológicos como la fotosíntesis.
Los cloroplastos contienen varios tipos de
pigmentos.
Los pigmentos absorben radiaciones con diferentes largos
de onda.
Clorofila: pigmento que absorbe luz violeta y roja pero
refleja la verde y amarilla.
Otros pigmentos llamados accesorios absorben y reflejan
otros largos de onda.
•
Cloroplasto
Chloroplast
Light
Reflected
light
Absorbed
light
Transmitted
light
Granum
Pigmentos accesorios:
Carotenoides: reflejan la luz amarilla, anaranjada y roja.
Antocianinas: reflejan la luz roja y violeta
Ficobilinas: reflejan la luz roja o azul-verde.
Ficocianinas: reflejan la luz azul o violeta.
Xantofilas: reflejan, la luz amarilla, azul y violeta.
Los pigmentos sirven de antena o
receptores de energía: Al recibir la energía de luz sus electrones son excitados a
un mayor nivel de energía.
Desencadenando una serie de reacciones cruciales para
el proceso de fotosíntesis.
Capas o Niveles de Electrones
Un electrón se puede mover de un nivel a otro.
Sí absorbe energía sube a un nivel mas alto.
Si pierde energía baja de nivel.
Las flechas indican algunos de los cambios en la energía potencial que son posibles.
La fotosíntesis envuelve dos tipos de
reacciones que se acoplan:
Reacciones dependientes de luz.
Reacciones de fijación de carbono o ciclo de Calvin-
Benson o Ciclo C3.
Reacciones Dependientes de
Luz:
Ocurren en los tilacoides de los cloroplastos.
En estas reacciones, la clorofila y otros pigmentos
capturan energía solar.
Convierten parte de esta energía solar en energía química
almacenada en moléculas portadoras de energía: trifosfato
de adenosina (ATP y NADPH).
Se libera O2 a partir de H2O.
Reacciones de Fijación de Carbono
(Ciclo de Calvin-Benson o Ciclo
C3): Ocurren en el estroma de los cloroplastos.
Las enzimas del estroma utilizan la energía de los portadores (ATP y NADPH) producidas en las RDL.
Esa energía se utiliza para sintetizar glucosa a partir de CO2.
Reacciones Durante Fotosíntesis
Light
CO2H2O
Light reactions Calvin cycle
NADP+
RuBP
G3PATP
Photosystem II
Electron transport
chain
Photosystem I
O2
Chloroplast
NADPH
ADP
+ P i
3-Phosphoglycerate
Starch
(storage)
Amino acids
Fatty acids
Sucrose (export)
Detalles de las reacciones
dependiente de luz:
Las membranas tilacoideas contienen sistemas altamente
organizados de proteínas, clorofila, pigmentos accesorios
y moléculas portadoras de electrones.
A estos sistemas se les conoce como fotosistemas.
Existen dos tipos de
fotosistemas:
Fotosistema I y Fotosistema II.
Cada fotosistema consiste de:
Un complejo recolector de luz con pigmentos.
Un centro de reacción con moléculas especiales de clorofila y otra molécula aceptadora de electrones.
Un sistema de transporte de electrones.
LE 10-12
Thylakoid
Photon
Light-harvestingcomplexes
Photosystem
Reactioncenter
STROMA
Primary electronacceptor
e–
Transferof energy
Specialchlorophyll amolecules
Pigmentmolecules
THYLAKOID SPACE(INTERIOR OF THYLAKOID)
Th
yla
ko
id m
em
bra
ne
LE 10-13_1
LightP680
e–
Photosystem II
(PS II)
Primary
acceptor
[CH2O] (sugar)
NADPH
ATP
ADP
CALVIN
CYCLELIGHT
REACTIONS
NADP+
Light
H2O CO2
En
erg
y o
f e
lec
tro
ns
O2
LE 10-13_2
LightP680
e–
Photosystem II
(PS II)
Primary
acceptor
[CH2O] (sugar)
NADPH
ATP
ADP
CALVIN
CYCLELIGHT
REACTIONS
NADP+
Light
H2O CO2
En
erg
y o
f e
lec
tro
ns
O2
e–
e–
+
2 H+
H2O
O21/2
LE 10-13_3
LightP680
e–
Photosystem II
(PS II)
Primary
acceptor
[CH2O] (sugar)
NADPH
ATP
ADP
CALVIN
CYCLELIGHT
REACTIONS
NADP+
Light
H2O CO2
En
erg
y o
f e
lec
tro
ns
O2
e–
e–
+
2 H+
H2O
O21/2
Pq
Cytochromecomplex
Pc
ATP
LE 10-13_4
LightP680
e–
Photosystem II
(PS II)
Primary
acceptor
[CH2O] (sugar)
NADPH
ATP
ADP
CALVIN
CYCLELIGHT
REACTIONS
NADP+
Light
H2O CO2
En
erg
y o
f e
lec
tro
ns
O2
e–
e–
+
2 H+
H2O
O21/2
Pq
Cytochromecomplex
Pc
ATP
P700
e–
Primary
acceptor
Photosystem I
(PS I)
Light
LE 10-13_5
LightP680
e–
Photosystem II
(PS II)
Primary
acceptor
[CH2O] (sugar)
NADPH
ATP
ADPCALVIN
CYCLELIGHT
REACTIONS
NADP+
Light
H2O CO2E
nerg
y o
f ele
ctr
on
s
O2
e–
e–
+
2 H+
H2O
O21/2
Pq
Cytochrome
complex
Pc
ATP
P700
e–
Primary
acceptor
Photosystem I
(PS I)
e–e–
NADP+
reductase
Fd
NADP+
NADPH
+ H+
+ 2 H+
Light
Productos de Reacciones de Luz
Los productos de las reacciones dependientes de luz son:
ATP, NADPH y O2.
Reacciones de Fijación de Carbono
o Ciclo de Calvin-Benson:
Estas reacciones ocurren en la estroma del cloroplasto.
Enzimas en el estroma catalizan estas reacciones utilizando la
energía del ATP y NADPH provenientes de las RDL.
Los productos de estas reacciones son glucosa, ADP y NADP+
(portadores descargados).
LE 10-5_1
H2O
LIGHT
REACTIONS
Chloroplast
Light
LE 10-5_2
H2O
LIGHT
REACTIONS
Chloroplast
Light
ATP
NADPH
O2
LE 10-5_3
H2O
LIGHT
REACTIONS
Chloroplast
Light
ATP
NADPH
O2
NADP+
CO2
ADP
P+ iCALVIN
CYCLE
[CH2O]
(sugar)
LE 10-17
STROMA
(Low H+ concentration)
Light
Photosystem IICytochrome
complex
2 H+
Light
Photosystem I
NADP+
reductase
Fd
PcPq
H2OO2
+2 H+
1/2
2 H+
NADP+ + 2H+
+ H+NADPH
To
Calvin
cycle
THYLAKOID SPACE
(High H+ concentration)
STROMA
(Low H+ concentration)
Thylakoid
membrane ATP
synthase
ATP
ADP
+
PH+
i
[CH2O] (sugar)O2
NADPH
ATP
ADP
NADP+
CO2H2O
LIGHT
REACTIONS
CALVIN
CYCLE
Light
El ciclo C3 se puede dividir en 3 fases:
Fijación de carbono
Reducción o Síntesis de G3P (Gliceraldehido 3-fosfato)
Regeneración de RuBP (Bifosfato de ribulosa)
Play
LE 10-18_1
[CH2O] (sugar)O2
NADPH
ATP
ADP
NADP+
CO2H2O
LIGHT
REACTIONS
CALVIN
CYCLE
LightInput
3
CO2
(Entering one
at a time)
Rubisco
3 P P
Short-lived
intermediate
Phase 1: Carbon fixation
6 P
3-Phosphoglycerate6 ATP
6 ADP
CALVIN
CYCLE
3 P P
Ribulose bisphosphate
(RuBP)
LE 10-18_2
[CH2O] (sugar)O2
NADPH
ATP
ADP
NADP+
CO2H2O
LIGHT
REACTIONS
CALVIN
CYCLE
LightInput
CO2
(Entering one
at a time)
Rubisco
3 P P
Short-lived
intermediate
Phase 1: Carbon fixation
6 P
3-Phosphoglycerate6 ATP
6 ADP
CALVIN
CYCLE
3
P P
Ribulose bisphosphate
(RuBP)
3
6 NADP+
6
6 NADPH
P i
6 P
1,3-Bisphosphoglycerate
P
6 P
Glyceraldehyde-3-phosphate
(G3P)
P1
G3P(a sugar)
Output
Phase 2:Reduction
Glucose and
other organic
compounds
LE 10-18_3
[CH2O] (sugar)O2
NADPH
ATP
ADP
NADP+
CO2H2O
LIGHT
REACTIONS
CALVIN
CYCLE
LightInput
CO2
(Entering one
at a time)
Rubisco
3 P P
Short-lived
intermediate
Phase 1: Carbon fixation
6 P
3-Phosphoglycerate6 ATP
6 ADP
CALVIN
CYCLE
3
P P
Ribulose bisphosphate
(RuBP)
3
6 NADP+
6
6 NADPH
P i
6 P
1,3-Bisphosphoglycerate
P
6 P
Glyceraldehyde-3-phosphate
(G3P)
P1
G3P(a sugar)
Output
Phase 2:Reduction
Glucose and
other organic
compounds
3
3 ADP
ATP
Phase 3:Regeneration ofthe CO2 acceptor(RuBP)
P5
G3P
La importancia de fotosíntesis:
La energía que entra al cloroplasto como luz solar queda almacenada como energía química en compuestos orgánicos.
El azúcar producido en los cloroplastos suple la energía química y los esqueletos de carbono para sintetizar las moléculas orgánicas de las células.
En adición a la producción de alimento, la fotosíntesis produce el oxígeno en nuestra atmósfera.
LE 10-21
Light
CO2H2O
Light reactions Calvin cycle
NADP+
RuBP
G3PATP
Photosystem II
Electron transport
chain
Photosystem I
O2
Chloroplast
NADPH
ADP
+ P i
3-Phosphoglycerate
Starch
(storage)
Amino acids
Fatty acids
Sucrose (export)
Actividad Establecer como las plantas aminoran la cantidad de
CO2 atmosférico vía el proceso de fotosíntesis.
