GUIA DE APOYO ¨FOTOSINTESIS”

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GUIA DE APOYO

¨FOTOSINTESIS”

Nombre: ________________________________________________________________________________Curso: I° A – B

Introducción:

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 nutrición es la fotosíntesis.

Este proceso consiste en una serie de reacciones químicas en las que se utilizan sustancias inorgánicas presentes en el ambiente, como el agua y el dióxido de carbono, para producir hidratos de carbono y oxígeno. Para que ocurran estas reacciones se necesita energía lumínica. Entonces, la energía lumínica es transformada en energía química por organismos fotosintetizadores.

Este proceso se lleva a cabo en unos organelos especializados presente en las células vegetales llamados cloroplastos. En las cianobacterias se realiza en la membrana plasmática.

Todos los organismos heterótrofos dependen de estas conversiones energéticas y de materia para su subsistencia. Y esto no es todo, ya que los organismos fotosintéticos liberan oxígeno al ambiente, del cual también depende la mayoría de los seres vivos de este planeta.

El proceso de fotosíntesis ocurre en 2 etapas, la primera dependiente de la luz y la segunda independiente de la luz. La última siempre a continuación de la primera etapa.

Antes de comenzar a estudiar ambas etapas es conveniente ver algunas características de las hojas de las plantas y los cloroplastos, que es el organelo donde ocurren estos procesos.

I. Estructuras que participan en la fotosíntesis

La fotosíntesis ocurre en organelos específicos llamadas cloroplastos, que se encuentran en células fotosintéticas. En plantas terrestres éstas células están en hojas y tallos verdes (los tallos leñosos tienen células muertas que forman la corteza).

1. La hoja

La estructura de una hoja típica resulta de adaptaciones para superficies con grandes áreas fotosintéticas expuestas a la luz, poca pérdida de agua y buen intercambio de los gases que participan en la fotosíntesis.

La epidermis (capa más externa) contiene aberturas (estomas), que permiten el intercambio de gases. Las células de guarda u oclusivas, son las células por las cuales están formados los estomas.

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2. El cloroplasto

Los cloroplastos, son organelos celulares en donde ocurre la fotosíntesis. Solo se encuentran en células vegetales.

Los cloroplastos son organelos complejos, en forma típica de disco, delimitados por dos membranas, una interna y otra externa. El espacio delimitado por la membrana interna llamado estroma (que es análogo a la matriz mitocondrial) contiene las enzimas encargadas de sintetizar glucosa a partir de dióxido de carbono, agua y energía (ATP y poder reductor) obtenida de la luz solar; también posee ADN, ARN y ribosomas. Dentro del estroma existe un tercer sistema de membranas que delimita compartimientos en forma de sacos aplanados, de forma discoidal, interconectados unos con otros, llamados tilacoides. El interior de este compartimiento se denomina espacio intratilacoidal. Los tilacoides se agrupan formando pilas (granum, plural grana). Tales membranas, ricas en clorofila, se asemejan a la membrana interna de la mitocondria por el hecho de que ambas intervienen en la formación de ATP. La energía captada por las moléculas de clorofila a partir de la luz solar es utilizada para excitar electrones que se utilizarán en la formación de moléculas de ATP y de poder reductor (NADPH, equivalente al NADH). Esta energía química será luego utilizada en el estroma para obtener glucosa partir de dióxido de carbono y agua.

3. Pigmentos fotosintetizadores

Los cloroplastos contienen clorofila, un pigmento de color verde capaz de captar la energía que provee la luz solar para realizar la fotosíntesis. Hay varios tipos de clorofilas que difieren ligeramente entre sí: en las plantas terrestres las clorofilas más comunes son las clorofilas a y b, pero en las algas hay otros tipos. Los cloroplastos también contienen una variedad de pigmentos amarillos y naranjas llamados carotenoides que absorben radiaciones luminosas en zonas del espectro visible donde no absorben las clorofilas y por ello se denominan pigmentos fotosintéticos accesorios o auxiliares.

4. ¿Cómo ingresa 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, pero no sólo transportan agua, también minerales disueltos. El dióxido de carbono, que es un gas en la atmosfera, ingresa a través de las hojas por unos poros llamados estomas (del griego etoma, 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.

II. Fases de la fotosíntesis

La fotosíntesis se realiza en dos etapas: la fase dependiente de luz y la fase independiente de luz. La fase dependiente de la luz ocurre en los sacos tilacoidales de los cloroplastos y la fase independiente de la luz ocurre en el estroma de los cloroplastos.

A) FASE DEPENDIENTE DE LA LUZ – FASE CLARA

Los pigmentos de las membranas tilacoidales que absorben luz están ordenados en conjuntos o dispositivos funcionales denominados fotosistemas. En los cloroplastos de espinaca cada fotosistema contiene unas 200 moléculas de clorofilas y unas 50 de carotenoides. Todas las moléculas de pigmentos pueden absorber fotones, pero sólo unas pocas pueden transducir la energía luminosa a energía química. Un complejo transductor consiste en varias moléculas de clorofila combinadas con un complejo proteico; este complejo se denomina centro de reacción fotoquímico. Las otras moléculas del fotosistema se denominan moléculas recolectoras de luz o antenas. Su función es absorber energía lumínica y transmitirla a velocidad muy elevada al centro de reacción en donde tienen lugar las reacciones fotoquímicas que se describirán más adelante.

Las membranas tilacoides tienen dos tipos de fotosistemas, cada uno formado por un complejo antena colector de luz y un centro de reacción fotoquímico que incluye una molécula de clorofila a. Ambos

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Etapas de la fase dependiente de la luz (apoyarse en imagen al leer)

- Las reacciones de la fase dependiente de luz se inician cuando los fotonesde 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.

- Simultáneamente debido a la estimulación de la clorofila del centro de reacción, ocurre la fotolisis 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 de hidrogeno (H+). Es importante destacar que el oxígeno que se produce en la fotosíntesis

proviene de las moléculas de agua.

- 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.

- Cuando los iones hidrogeno (H+) acumulados al interior del tilacoide, salen a través de la enzima ATP sintetasa debido a la alta gradiente de concentración protónica, su energía se usa para transformar ADP en ATP. El ATP junto con el NADPH posteriormente serán usados para sintetizar glucosa.

* PSII, P680 o fotosistema II en color azul y el PSI, P700 o fotosistema I en color verde. ATP sintetasa color morado.

B) FASE INDEPENDIENTE DE LA LUZ – FASE OSCURA

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, se utilizan en la reducción del CO2 a glucosa. La incorporación de CO2 en compuestos orgánicos se conoce como fijación del carbono y ocurre en forma cíclica (ciclo de Calvin).En las plantas verdes, el CO2 llega a las células fotosintéticas a través de aberturas especializadas (estomas) En las reacciones químicas que conforman el ciclo de Calvin participan diversas enzimas. La más importante de ella es la ribulosabifosfato (rubisco, en forma abreviada), y es la enzima que interviene en la reacción en que se capta CO2. Esta enzima es la proteína as abundante de los vegetales.

Balance de la fotosíntesis

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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 pareces celulares y d diversos tejidos que brindan sostén a la planta.

La ecuación química que resume el proceso de fotosíntesis, que es endergónico (utiliza energía), es:

III. Factores que afectan la fotosíntesis

Existen factores que influyen en la efectividad de la fotosíntesis, es decir, que afectan positiva o negativamente la producción de glucosa de una planta. A continuación se describen estos factores:

1. Efecto de la temperatura:

La velocidad de la fotosíntesis se incrementa con el aumento de la temperatura hasta ciertos límites, que varían según el tipo de planta, en general hasta los 37 a 38 °C. Si la temperatura sobrepasa el punto óptimo, la velocidad de la fotosíntesis decrece y puede llegar a inhibirse.

2. Intensidad lumínica:

A mayor cantidad de luz, mayor es la fotosíntesis hasta un valor máximo que suele estar alrededor de los 600 watts, y que varía entre las especies. Una vez alcanzado este valor, la tasa fotosintética se mantiene relativamente constante aunque aumente la intensidad lumínica.

3. Concentración de CO2:

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ACTIVIDADES FOTOSÍNTESIS

En relación al proceso fotosintético, COMPLETA las siguientes aseveraciones:

I. Completa las siguientes oraciones:

1. El pigmento más abundante en la mayoría de las plantas se llama_______________________ 2. El mineral que forma parte de la clorofila es el_______________________________________ 3. Los pigmentos accesorios sirven para_____________________________________________

______________________________________________________________. Dos Ejemplos de ellos son________________________ y _______________________

4. La clorofila se encuentra en los___________________________, que están dentro de los organelos

llamados______________________________________________

5. La fase oscura de la fotosíntesis se llama ciclo de______________________. Este comienza al unirse la molécula de ______________________________con el ______________ gracias a la enzima llamada ________________________.

6. Del ciclo de Calvin salen moléculas que tienen______ átomos de carbono, llamadas ______________, las cuales se usan para la síntesis de______________________

7. Durante la fase oscura se utiliza el__________ y el ____________que han sido producidos en la fase clara. 8. Los carbonos de la molécula de glucosa, provienen de la molécula de___________

9. El oxígeno que las plantas liberan, proviene de la molécula de________________, proceso conocido como_______________________________________________

11. La fotolisis del agua, consiste en la ruptura del_____________ por efecto de la__________________

12.- Si en el interior de un cloroplasto existe almidón. ¿Cómo se ha producido? : Se ha producido mediante la_____________ de las moléculas de _____________ sintetizada en la_________________

II. Señala si son verdaderas o falsas las siguientes afirmaciones. Corrige las falsas.

1. ____ A baja intensidad lumínica, la intensidad de la fotosíntesis es directamente proporcional a la intensidad lumínica. 2. ____ Todas las reacciones fotosintéticas requieren luz.

3. ____ El O2 se libera en la fase oscura. 4. ____ El agua se rompe en la fase clara.

5.____ Los citocromos participan en la fase oscura. 6. ____ En la fase oscura se realizan reacciones anabólicas. 7. ____ La mayoría de los autótrofos son quimiosintéticos. 8. ____ La luz solar produce la ruptura de las moléculas de agua. 9.____ La clorofila refleja luz roja.

10.____ La intensidad de la fotosíntesis es directamente proporcional a la intensidad lumínica. 11.____ La intensidad de la fotosíntesis es directamente proporcional a la temperatura.

III. RESPUESTA BREVE

1. ¿Dónde se realiza la fase luminosa de la fotosíntesis?

_____________________________________________________________________________

2. ¿A qué fotosistemas perteneces la clorofila p700 y p680?

_____________________________________________________________________________

3. La figura representa un determinado organelo celular. Indica su nombre e identifica Las estructuras rotuladas con números.

1:___________________________ 2:___________________________ 3:___________________________ 4:___________________________ 5:___________________________ 6:___________________________

4. Disponibilidad de agua en el suelo:

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5. ¿Cómo se puede definir fotosíntesis?

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__________________________________________________________________________________________________

6. ¿Cómo es el ADN presente en los cloroplastos?

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7. El siguiente esquema representa las actividades más importantes de un cloroplasto.

a) ¿Cómo se llaman los procesos indicados por 1 y 2?

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b) ¿En qué lugares del cloroplasto ocurren estos procesos?

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c) ¿Qué consecuencias importantes tiene la fotosíntesis para los seres vivos?

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d) Escribe la ecuación global del proceso de la fotosíntesis:

8. En la siguiente gráfica, se muestran los resultados obtenidos en un experimento, en que se midió la variación en la cantidad de CO2 consumido en función de la temperatura. Explica por qué el aumento de temperatura aumenta de CO2 absorbido y por qué, a partir de los 40ºC, la cantidad d

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