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¿QUÉ ES LA FOTOSÍNTESIS? La fotosíntesis es un proceso complejo, mediante el cual los

seres vivos poseedores de clorofila y otros pigmentos captan energía luminosa procedente del sol la transforman en energía química (ATP) y en compuestos reductores (NADPH), y con ellos transforman el agua y el CO2 en compuestos orgánicos reducidos (glucosa y otros), liberando oxígeno:

CO2 + H2O + luz glucosa + oxígeno

La energía captada en la fotosíntesis, y el poder reductor adquirido en el proceso, hacen posible la reducción y la asimilación de los bioelementos necesarios, como nitrógeno y azufre, además de carbono, para formar materia viva.

Su importancia radica, principalmente, en que cada año 100 mil millones de toneladas de carbono son fijadas por las reacciones fotosintéticas, desde el CO2 a las compuestos orgánicos. Si la respiración de los animales y las plantas no repusieran CO”, este gas se agotaría.

Además, de esta se obtienen 2.5 x 1017 Kcal de energía anualmente.

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¿QUÉ ORGANISMOS REALIZAN ESTE PROCESO?

o Los organismos que tienen la capacidad de llevar a cabo la fotosíntesis son llamados fotosintéticos y fijan el CO2 atmosférico. En la actualidad se diferencian dos tipos de procesos fotosintéticos, que son la fotosíntesis oxigénica y la fotosíntesis anoxigénica. La primera de las modalidades es la propia de las plantas superiores, las algas y las cianobacterias, donde el dador de electrones es el agua y, como consecuencia, se desprende oxígeno. Mientras que la segunda, también conocida con el nombre de fotosíntesis bacteriana, la realizan las bacterias purpúreas y verdes del azufre, en las que en dador de electrones es el sulfuro de hidrógeno, y consecuentemente, el elemento químico liberado no será oxígeno sino azufre, que puede ser acumulado en el interior de la bacteria, o en su defecto, expulsado al agua.

o Los fotosintetizadores principales son las plantas y las algas microscópicas marinas, así como las sulfobacterias y las bacterias verdes.

o Los organismos fotosintéticos capturan la energía de la luz y, en una serie de reacciones muy complejas, la utilizan para fabricar glúcidos, y liberar el oxígeno, a partir del dióxido de carbono y del agua

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¿Qué organelo celular la lleva a cabo y qué estructura tiene?

Las membranas especializadas, donde se encuentran embebidas la clorofila y otros pigmentos, se llaman tilacoides. Normalmente, presentan un aspecto de sacos o vesículas aplanadas. En los eucariotas, los tilacoides forman parte de la estructura interna de orgánulos especializados, los cloroplastos.

En las plantas, los cloroplastos se encuentran presentes en todas las células clorenquimáticas del mesófilo y de la periferia de los tallos herbáceos. El cloroplasto está delimitado por dos membranas (la interna y la externa) y contiene una matriz interna o estroma. El estroma se encuentra atravesado por todo el sistema tilacoidal de membranas (o lamelas) que delimitan otro compartimiento, el lumen o espacio intratilacoidal. Los agrupamientos de tilacoides apilados forman los grana (pilas de lamelas granales), mientras que el resto de tilacoides forman las lamelas estromales.

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¿EN QUÉ CONSISTE EL PROCESO?

Consiste en un conjunto de procesos, los cuales se pueden resumir en la siguiente ecuación:

energía luminosa6 CO2 + 6 H2O ----------------------> C6H12O6 + 6 CO2 clorofila

Pero el agua no puede reaccionar directamente con el CO2, por lo tanto entre el sustrato inicial y los productos finales de esa reacción deben ocurrir complejos procesos metabólicos.

Esos procesos se dividen en dos fases:

- Fase luminosa. Ocurre en la membrana tilacoidal de los cloroplastos. En ella la energía de la luz impulsa la formación de poder energético, en forma de ATP, y poder reductor, en forma de NADPH.

- Fase oscura. Ocurre en el estroma de los cloroplastos. En ella la energía del ATP y el NADPH, obtenidos anteriormente, impulsan la reacciones para la formación de compuestos orgánicos simples a partir de sustancias inorgánicas.

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¿HAY DIFERENTES TIPOS DE FOTOSÍNTESIS?

La fotosíntesis es el proceso mediante el cual las sustancias inorgánicas simples (CO2 , H2O, nitratos y sulfatos) se combinan para formar compuestos orgánicos simples, utilizando para ello la energía de la luz.

Se pueden diferenciar dos modalidades de fotosíntesis:

- Fotosíntesis oxigénica. Se denomina así porque en ella se desprende O2 (a partir del H2O ). Es la que realizan las plantas, las algas y las cianobacterias.

- Fotosíntesis anoxigénica. Llamada así porque en ella no se libera O2, ya que el agua no interviene como dadora de electrones. En este caso existen diferentes modalidades y la realizan algunas bacterias sulfúreas y no sulfúreas.

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¿PARA QUÉ SE UTILIZA LA MOLÉCULA DE AGUA?

La función del agua en el proceso de la fotosíntesis es suministrar electrones para las reacciones redox, es decir, el agua interviene como fuente de electrones.

Puesto que la molécula de agua es un agente reductor muy débil, sus electrones deben ser energetizados por los fotones de la luz solar, de tal forma que adquieran el potencial suficiente para reducir las moléculas inorgánicas de carbono, nitrógeno y azufre.

La energetización de los electrones del agua se realiza gracias a la clorofila, el típico pigmento verde del mundo vegetal que actúa como receptor y conversor de la energía solar en energía química.

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¿DE DÓNDE SE OBTIENE EL CARBONO QUE CONSTITUYE A LAS MOLÉCULAS QUE SE

PRODUCEN? La reserva fundamental de carbono, en moléculas de CO2 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, los animales más visibles.

Los productos finales de la combustión 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.

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¿CUÁLES SON LOS PRODUCTOS INICIALES Y

FINALES?

La fotosíntesis consiste básicamente en la elaboración de azúcar a partir del CO2 (dióxido de carbono) minerales y agua, con la ayuda de la luz solar.

Resultante de este proceso, es el oxígeno, un producto de deshecho, que proviene de la descomposición del agua. El oxígeno, que se forma por la reacción entre el CO2 y el agua, es expulsado de la planta a través de las estomas de las hojas.

La primera molécula orgánica que se forma en la fotosíntesis, a partir del ciclo de Calvin, es el gliceraldehído 3-fosfato. Luego, esta molécula será la precursora de diferentes tipos de moléculas orgánicas, algunas de las cuales únicamente tendrán C, H y O, mientras que otras tendrán además N o S orgánico.

-Para la síntesis de compuestos orgánicos con carbono basta con el gliceraldehído. Lo más común es que dos moléculas de gliceraldehído se unan formando una molécula de glucosa, que se suele considerar como el producto final de la fotosíntesis.

Para la síntesis de compuestos orgánicos con nitrógeno, además del gliceraldehído será necesario reducir los nitratos (NO3-), para incorporarlos a la materia orgánica.

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¿PARA QUÉ Y CÓMO SE UTILIZA LA LUZ?

Al absorber los pigmentos la luz, los electrones de sus moléculas adquieren niveles energéticos, y, en la mayoría de los casos vuelven a su nivel rápidamente al liberar la energía en exceso, produciéndose calor y el fenómeno conocido como fluorescencia; en algunos casos, la energía sirve para activar una reacción química: una molécula de pigmento se oxida al perder un electrón que es recogido por otra sustancia, que se reduce. Así, la clorofila puede transformar la energía luminosa, primero en energía eléctrica y luego en energía química, al estar asociada a diversas sustancias de naturaleza proteica presentes en los cloroplastos.

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¿CÓMO SE PRODUCE EL OXÍGENO?

Es el resultante del proceso de la fotosíntesis, y se considera un producto de desecho ya que proviene de la descomposición del agua; sin embargo este oxígeno será utilizado en la respiración aerobia como oxidante.

El oxígeno, se forma por la reacción entre el CO2 y el agua y es expulsado de la planta a través de las estomas de las hojas.

Cabe destacar un aspecto favorable que otorga el proceso de la fotosíntesis: la planta, además de alimentar al resto del planeta, contribuye a la respiración de los seres al restituir el oxígeno al aire, además de haberlo previamente limpiado.

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¿QUÉ DIFERENCIA EXISTE ENTRE LA FOTOSÍNTESIS QUE REALIZA UN NOPAL Y EL MAÍZ?  

El maíz es el cereal con mayor volumen de producción en todo el mundo, por encima del trigo y el arroz. Se considera una planta C4, es decir, posee una gran eficiencia a la hora de realizar la conversión de la luz solar en energía.

En la vía C4, es particularmente común el pastos, una categoría de plantas de incluyen el maíz y la caña de azúcar. La ventaja de la vía C4 en los climas secos y cálidos es que permite a la planta conservar el agua al cerrar parcialmente sus estomas mientras se construye el azúcar.

Las plantas C4 no necesitan mantener los estomas abiertos, y de este modo toleran temperaturas e intensidades lumínicas elevadas, pierden menos agua por transpiración (evaporación) y poseen tasas de fotosíntesis y crecimiento mayores que las plantas que utilizan solo el ciclo de Calvin.

Cuando la luz es abundante, la tasa de la fotosíntesis es limitada por la concentración de CO2, de modo que las plantas C4, con mayores concentraciones de CO2 en las células de la vaina del haz, tienen ventaja.

El nopal, es una cactácea tolerante a la sequía capaz de captar al máximo las escasas lluvias y evitar la pérdida de agua. Se caracteriza por tener cladodios gruesos y suculentos con gran capacidad de almacenar agua, cubiertas cerosas para disminuir la transpiración y posee raíces secundarias muy superficiales. Es una planta que realiza fotosíntesis del tipo CAM (Metabolismo ácido de las crasuláceas). Como otras plantas CAM, el nopal ha adquirido una serie de características fisiológicas, morfológicas, anatómicas y bioquímicas que a lo largo de la evolución han permitido su adaptación a condiciones ambientales extremas en su hábitat natural. El CAM es una adaptación metabólica de la fijación fotosintética de carbono que mejora la eficiencia del uso de agua. Las plantas con este metabolismo fotosintético capturan el CO2 durante la noche, evitando así la perdida de vapor de agua (evapotranspiración), manteniendo los estomas cerrados durante el día.

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¿POR QUÉ ALGUNAS PLANTAS COMO EL TILO AMERICANO, EL CHÍCHARO O LAS HABAS NO CRECEN BIEN EN

CLIMAS ÁRIDOS? Muchas plantas C4 en climas

tropicales, cálidos y secos, cierran sus estomas para evitar una excesiva evaporación; con ello baja la concentración de CO2 y en condiciones normales se produciría fotorrespiración, pero algunas plantas presentan una adaptación que les permite realizar fotosíntesis a concentraciones muy bajas de CO2: cuentan con la enzima PEP carboxilasa que actúa a mayor velocidad que la rubisco y a mas baja concentración de CO2.

Esto es un ejemplo de adaptación de los seres vivos a las condiciones ambientales.

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¿CUÁLES SON LOS FACTORES QUE INFLUYEN EN LA

FOTOSÍNTESIS? Intensidad luminosa.- al aumentar la intensidad de la luz aumenta la

actividad fotosintética. Pero cada especie está adaptada a unas condiciones optimas de iluminación, y superados ciertos límites se pueden deteriorar los pigmentos fotosintéticos.

Concentración de CO2.- la actividad fotosintética aumenta a medida que se incrementa la concentración de CO2, hasta llegar a un máximo en el que se estabiliza.

Concentración de O2.- al aumentar la concentración de O2 baja el rendimiento de la fotosíntesis, debido al proceso de foto respiración.

Temperatura.- la intensidad fotosintética aumenta con la temperatura hasta llegar a un máximo, superado este, se produce la desnaturalización de las enzimas con consecuencias para la planta. Cada especie está adaptada a una temperatura optima a la que alcanza su máximo rendimiento fotosintético.

Otros factores.- foto periodo, humedad ambiental y nutrientes.

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¿QUÉ OCURRE CON LA FOTOSÍNTESIS DURANTE EL

OTOÑO?

La cantidad y diversidad de moléculas de clorofilas y demás pigmentos es característica de cada especie vegetal, y la causante de la gama tan diversa de colores que apreciamos en los distintos vegetales.

Estos pigmentos se encuentran en la membrana de los tilacoides del cloroplasto.

Casi siempre la clorofila enmascara los otros pigmentos, pero en otoño, antes de al caída de la hojas, muchos árboles pierden la clorofila, y quedan al descubierto los clores amarillentos o rojizos de sus carotenoides.

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¿CUÁL ES LA IMPORTANCIA DEL PROCESO PARA EL MANTENIMIENTO DE LA VIDA EN EL

PLANETA?

La fotosíntesis es seguramente el proceso bioquímico mas importante de la biosfera por varios motivos:

La síntesis de materia orgánica a partir de la inorgánica se realiza fundamentalmente mediante la fotosíntesis; luego irá pasando de unos seres vivos a otros mediante las cadenas tróficas, para ser transformada en materia propia por los diferente seres vivos .

Produce la transformación de la energía luminosa en energía química, necesaria y utilizada por todos los seres vivos.

En la fotosíntesis se libera oxigeno como subproducto, que es necesario para ser utilizado en la respiración aerobia como oxidante.

Fue causante del cambio producido en la atmosfera terrestre primitiva, que era anaerobia y reductora.

De esta depende la energía almacenada en combustibles fósiles como carbón, petróleo y gas natural.

El equilibrio necesario entre seres autótrofos y heterótrofos no seria posible sin la fotosíntesis.

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¿QUÉ FACTORES AMBIENTALES PUEDEN ALTERAR EL PROCESO FOTOSINTÉTICO?

Se ve afectado por diversos factores, tanto ambientales como endógenos.

Entre los factores ambientales principales se cuentan la luz, que proporciona la energía necesaria; la concentración atmosférica de CO2, que es la fuente de carbono; y la temperatura, debido a su influencia en todos los procesos enzimáticos y metabólicos. También la disponibilidad de agua, juega un papel que puede afectar al grado de apertura estomática y por tanto la difusión del CO2, y la disponibilidad de nutrientes .

Los factores endógenos son las características propias del vegetal (estructurales, bioquímicas, etc.) que influyen en cualquiera de los procesos parciales de la fotosíntesis, y resultan de la interacción entre el genotipo y el ambiente en el que se ha desarrollado la planta. El síndrome de caracteres anatómicos, bioquímicos y fisiológicos que determinan que una especie sea C3, C4, o CAM es uno de los principales factores internos que afectan al proceso fotosintético. También influyen en la fotosíntesis la densidad de los estomas y su sensibilidad, la edad de la hoja y el área foliar, entre otros factores. 

Tanto los factores internos como los ambientales interaccionan entre sí, afectando o favoreciendo la fotosíntesis.

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*PASATIEMPO*

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a) Agua *b) Almidón *c) ATP *d) autótrofos *e) carbohidratos *f) carbono *g) clorofila *h) cloroplasto * i) CO2 *j) Energíak) Fotosíntesis *l) Fotosistema *m) Glucosa *n) Metabolismo *o) NADP *p) Oxígenoq) Pigmento *r) Rubisco *s) Tilacoide *

( ) Son una familia de pigmentos que se encuentran en las cianobacterias y en todos aquellos organismos que contienen plastos en sus células, lo que incluye a las plantas y a los diversos grupos de protistas que son llamados algas.

( ) Son lípidos que se hayan unidos a proteínas presentes en algunas membranas plasmáticas, y que se caracterizan por presentar alternancia de enlaces sencillos con enlaces dobles. Esto se relaciona con su capacidad de aprovechamiento de la luz para iniciar reacciones químicas, y con poseer color propio.

( ) Es un nucleótido fundamental en la obtención de energía celular. Está formado por una base nitrogenada (adenina) unida al carbono 1 de un azúcar de tipo pentosa, la ribosa, que en su carbono 5 tiene enlazados tres grupos fosfato. Se encuentra incorporada en los ácidos nucleicos. Se produce durante la fotosíntesis y la respiración celular, y es consumido por muchos enzimas en la catálisis de numerosos procesos químicos.

( ) Es una coenzima que contiene la vitamina B3 y cuya función principal es el intercambio de electrones e hidrogeniones en la producción de energía de todas las células.

( ) Es un gas cuyas moléculas están compuestas por dos átomos de oxígeno y uno de carbono.

( ) También llamada dextrosa; es un azúcar del grupo de los monosacáridos; es utilizado por los tejidos como forma de energía al combinarlo con el oxigeno de la respiración.

( ) Son los organelos celulares que en los organismos eucariontes fotosintetizadores se ocupan de la fotosíntesis. Están limitados por una envoltura formada por dos membranas concéntricas y contienen vesículas, los tilacoides, donde se encuentran organizados los pigmentos y demás moléculas que convierten la energía luminosa en energía química, es la clorofila.

( ) Son los centros donde se agrupan los pigmentos fotosintéticos, como la clorofila, entre otros. Estas moléculas son capaces de captar la energía luminosa procedente del Sol.

( ) Es el conjunto de reacciones bioquímicas y procesos físico-químicos que ocurren en una célula y en el organismo.

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  ( ) Es un polisacárido de reserva

alimenticia predominante en las plantas, constituido por amilasa y amilo pectina. Proporciona el 70-80% de las calorías consumidas por los humanos de todo el mundo.

( ) Son organismos capaces de sintetizar todas las sustancias esenciales para su metabolismo a partir de sustancias inorgánicas, de manera que para su nutrición no necesitan de otros seres vivos.

( ) También llamados glúcidos, se pueden encontrar casi de manera exclusiva en alimentos de origen vegetal. Constituyen uno de los tres principales grupos químicos que forman la materia orgánica junto con las grasas y las proteínas.

( ) Es un elemento químico de número atómico 6 y símbolo C. Es sólido a temperatura ambiente. Es el pilar básico de la química orgánica; se conocen cerca de 15 millones de compuestos.

( ) Es un proceso biosintético por, medio del cual la planta es capaz de sintetizar materia orgánica a partir de la moléculas inorgánicas que encuentra en el medio utilizando energía luminosa.

( ) Son sacos aplanados, o vesículas, que forman parte de la estructura de la membrana interna del cloroplasto; sitio de las reacciones captadoras de luz de la fotosíntesis y de la fotofosforilación.

( ) Es la forma abreviada con que normalmente se designa a la enzima cuyo nombre completo es ribulosa 1,5-bifosfato carboxilasa oxigenasa. Esta enzima tiene un doble comportamiento que justifica su nombre, catalizando dos procesos opuestos.

  ( ) Es un elemento químico; es uno

de los elementos más importantes de la química orgánica y participa de forma muy importante en el ciclo energético de los seres vivos, esencial en la respiración celular de los organismos aeróbicos.