Chapter 8 BIOLOGÍA. Procesamiento de Energía. Metabolismo y ATP. Slide 2 / 141. Slide 1 / 141. Slide 3 / 141. Slide 4 / 141.

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www.njctl.org Octubre 2013

BIOLOGÍA

Procesamiento de

Energía

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Vocabulario

Glicólisis Aeróbico Vía anabólica Clorofila Respiración celular FADH2 Fermentación Metabolismo ATP NADH Acetil Co-A NADPH Vía catabólica Transporte electrónico

Cliquea sobre cada palabra de abajo para ir a la definición.

Síntesis de ATP Ciclo de Calvin

Ciclo del ácido cítrico

Ciclo de Krebs Anaerobio facultativo Fermentación alcohólica

Fermentación ácido-láctica Reacciones dependientes de la luz Reacciones independientes de la luz Cadena transportadora de electrones

Aceptor de electrones Anaeróbico

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Vocabulario

Cliquea sobre cada palabra de abajo para ir a la definición.

Piruvato Oxidación Fosforilación Fosforilación oxidativa Anaerobio obligado Aerobio obligado Fotosíntesis Fotosistema I Fotosistema II

Transporte no cíclico de energía

Descarboxilación del piruvato Reducción Tilacoide

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Procesamiento de la Energía

Temas de unidad

·

Metabolismo y ATP

·

Respiración Celular

Click en el tema par ir a esta sección

·

Fotosíntesis

·

Fermentación

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Chapter 8

Metabolismo y ATP

Volver a la tabla de contenidos

(2)

Vías metabólicas

El Metabolismo es la totalidad de las reacciones químicas de un organismo.

El Metabolismo es una propiedad de la vida

Vías metabólicas

Una vía metabólica comienza con una molécula específica y finaliza con un producto

Cada paso se cataliza por una enzima específica

Sin enzimas las vías metabólicas avanzarían muy lentamente

enzima 1 enzima 2 enzima 3

A B C D

Molécula

Inicial Producto

Reacción 1 Reacción 2 Reacción 3

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Vías metabólicas

Existen dos tipos de vías metabólicas Vías Catabólicas

Vías Anabólicas

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Vías catabólicas

Las Vías Catabólicas desarman moléculas del entorno. Los seres vivos utilizan la energía derivada de la ruptura de los enlaces en estas moléculas para construir estructuras y conducir los procesos celulares.

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Reacciones exergónicas

Reactivos Energía Productos Progreso de la reacción Cantidad energía libre liberada (ΔG < 0) Las vías catabólicas son reacciones exergónicas, el cambio en la energía libre de Gibbs es negativo. Por lo tanto, liberan energía y ocurren espontáneamente

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Vías anabólicas

Click aquí para ver un dispositivo neumónico Las vías anabólicas sintetizan moléculas orgánicas complejas y aceleran los procesos de las células usando la energía derivada de las vías catabólicas.

Ejemplos

Formación de huesos Formación de músculos Síntesis de almidón Transporte activo

(3)

Reacción endergónica

Reactivos Energía Productos Progreso de la reacción Cantidad de energía libre requerida (ΔG > 0) Las vías Anabólicas son reacciones endergónicas; el cambio en la energía libre de Gibbs es positivo. Por lo tanto, requieren un aumento de energía y no ocurren espontáneamente

Procesos espontáneos

Un proceso se producirá espontáneamente si el resultado es una reducción de la Energía libre de Gibbs (G) del sistema. G toma en cuenta el cambio resultante en la energía de un sistema y el cambio en su entropía.

Si el efecto de una reacción es la reducción de G, el proceso se producirá espontáneamente

Si ∆G es negativo, la reacción ocurrirá espontáneamente. Si ∆G es cero o positivo, esta no ocurrirá espontáneamente.

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Energía libre y metabolismo

En los sistemas biológicos a menudo se necesita que ocurra una reacción endergónica pero por sí mismos, no la producirán de forma espontánea .

Para que esto ocurra, la reacción endergónica está acoplada a una reacción que es exergónica, de manera que juntas, son exergónicas.

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Suma de reacciones acopladas

NH2

Glu Reacción no espontánea: #G es positivo

#G = +3.4 kcal/mol NH3 Glu Ácido Glutámico Amoníaco + ATP + H2O ADP

Reacción espontánea: ΔG es negativo

+ Pi

ΔG = -7.3 kcal/mol

#G = –3.9 kcal/mol juntas, las reacciones

son espontáneas

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1 Una reacción espontánea _____.

A ocurre sólo cuando una enzima u otro catalizador está presente

B no puede ocurrir fuera de un organismo vivo

C libera energía cuando actúa en la dirección de avance D es común en las vías anabólicas

E conduce a una disminución en la entropía del universo

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2

Las vías anabólicas son ___________ y las catabólicas

son ______________.

A

espontáneas, no espontáneas

B

endergónicas, exergónicas

C

exergónicas, endergónicas

(4)

3 ¿Cuál de las siguientes opciones establece correctamente la relación entre las vías anabólicas y catabólicas?

A La degradación de moléculas orgánicas por las vías anabólicas proporciona la energía para conducir las vías catabólicas.

B La energía procedente de las vías catabólicas se utiliza para conducir la descomposición de moléculas orgánicas en las vías anabólicas.

C Las vías anabólicas sintetizan moléculas orgánicas más complejas usando la energía derivada de las vías catabólicas.

Energía celular

Una célula tiene tres tipos principales de trabajo: · Mecánico (movimiento)

· Transporte (cruzar una barrera) · Químico (cambiar una molécula)

Para hacer el trabajo, las células manejan los recursos energéticos mediante el acoplamiento de energía, utilizando una reacción exergónica para conducir a una endergónica

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ATP

Las células pueden almacenar la energía de las vías catabólicas en una molécula llamada ATP (adenosin trifosfato ). El ATP se puede descomponer más tarde para alimentar reacciones anabólicas.

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ATP

El ATP (adenosin trifosfato) incluye tres grupos fosfato 





 (PO4-3).

Cada grupo fosfato tiene una carga iónica de -3e.

En este modelo de ATP, cada PO4-3 esta encerrado en un círculo azul.

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ATP

Los grupos fosfato se repelen entre sí, ya que cada uno tiene una carga negativa.

Por lo tanto, se requiere de trabajo para agregar el segundo grupo fosfato; ir de AMP (monofosfato) al ADP (difosfato).

Para agregar el tercer grupo, para ir de ADP al ATP (trifosfato), se requiere aún más trabajo, ya que es repelido por ambos grupos fosfato

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ATP

Esto es como el trabajo en la compresión de un resorte. La energía del trabajo necesario para llevar a cada grupo fosfato a la molécula se almacena en enlace fosfato.

Cuando el enlace se rompe para ir desde el ATP a ADP, se libera una cantidad significativa de energía. Yendo a partir de ADP a AMP se libera menos energía, ya que hay menos carga total en el ADP que en el ATP.

(5)

ATP

Los enlaces entre los grupos fosfato de la cola del ATP se pueden romper por hidrólisis.

La energía se libera a partir del ATP cuando se rompe el enlace fosfato terminal.

La energía liberada es igual al trabajo que se hizo para formar el enlace. Ese trabajo se sobrepuso a la repulsión electrostática entre el último grupo fosfato y la molécula de ADP inicial.

El resultado es un cambio químico a un estado de menor energía libre.

ATP

En los sistemas vivos, la energía de la reacción exergónica de la hidrólisis del ATP se puede utilizar para conducir una reacción endergónica.

En general, las reacciones acopladas son exergónicas.

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El ATP produce trabajo

El ATP impulsa reacciones endergónicas por la fosforilación, la transferencia de un grupo fosfato a otra molécula, tal como un reactivo.

La molécula receptora ahora está "fosforilada".

Los tres tipos de trabajo celular son motorizados por la hidrólisis del ATP.

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NH2 Glu Pi Pi Pi Glu NH3 P P P Proteína motora Trabajo Meánico: ATP proteínas motoras fosforiladas

Proteína movida

Membrane protein

Soluto

Trabajo de Transporte: El ATP fosforilado transporta proteínas Soluto transportado

Trabajo Químico: el ATP fosforila reactivos clave Reactivos: Ácido Glutámico y amoníaco Producto hecho (glutamina) + + Pi ATP ADP+

El ATP Realiza

Trabajo

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La Regeneración del ATP

El ATP es un recurso renovable que se regenera mediante la adición de un grupo fosfato al ADP

La energía para fosforilar el ADP proviene de reacciones catabólicas en la célula

La energía potencial química almacenada temporalmente en ATP conduce a mayor trabajo celular

Cada célula está convirtiendo millones de ATP a ADP y nuevamente cada segundo.

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Pi ADP

Energía del trabajo celular (endergónico, procesos que consumen energía)

+ ATP

Energía del catabolismo, (exergónica, procesos que producen energía)

(6)

4 Por lo general, la hidrólisis del ATP conduce el trabajo celular debido a que _____.

A libera energía que puede ser utilizada en otras reacciones B libera calor

Cactua como un catalizador

Ddisminuye la energía libre de la reacción

5 ¿Cuál opción caracteriza mejor al rol del ATP en el metabolismo celular?

A La liberación de energía durante la hidrólisis del ATP calienta el ambiente circundante. B La energía liberada a partir de la hidrólisis del ATP puede ser acoplada en un proceso endergónico a través de la formación

de un fosforilado intermedio.

C Cataboliza al dióxido de carbono y al agua D El #G asociada con su hidrólisis es positiva

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6 ¿Cuál de los siguientes no es un ejemplo de trabajo celular logrado con la energía libre derivada de la hidrólisis del ATP?

A Trabajo mecánico tal como el movimiento de la célula.

B Trabajo de transporte, tal como el transporte activio de un ión

hacia dentro de la célula.

C Trabajo químico, tal como la síntesis de nuevas proteínas.

D La producción de calor, lo que eleva la temperatura de la célula.

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Respiración celular

Volver a la tabla de contenidos

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Equilibrio y metabolismo

Las reacciones en un sistema cerrado eventualmente alcanzan el equilibrio y luego se detienen.

La vida no está en equilibrio

La vida es un sistema abierto, experimentando un constante flujo de materia y energía.

Los organismos vivos no pueden sobrevivir sin la conexión con el entorno.

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La Producción de ATP

Vías Catabólicas

La respiración celular es una vía catabólica que consume moléculas orgánicas y produce ATP.

Los carbohidratos, las grasas, y las proteínas pueden ser combustibles de la respiración celular.

Miraremos primero en el caso más simple, la ruptura del azúcar en glucosa.

Pero antes de hacer eso tenemos que aprender acerca de dos moléculas que son esenciales para la respiración.

(7)

NAD+ + 2H+ + 2e- + Energía NADH + H+

NAD

+

y FAD

Las moléculas de NAD+ y FAD se utilizan para almacenar y

liberar posteriormente, la energía durante la respiración, son clave para la respiración.

Cada molécula tiene dos formas, cada forma almacena una cantidad diferente de energía. Así, se mueven entre estas dos formas o bien almacena energía potencial química o la libera. Estas son las reacciones:

FAD + 2H+ + 2e- + Energía FADH2

Las flechas dobles indican que cada reacción es reversible, se puede proceder en cualquier dirección. Cuando la reacción va hacia la derecha, se almacena la energía. Cuando se va hacia la izquierda, se libera energía

NAD

+

y FAD

NAD+ + 2H+ + 2e- + Energía NADH + H+ FAD + 2H+ + 2e- + Energía FADH2

La cantidad de energía que se utiliza cuando la reacción va hacia la izquierda, depende de la disponibilidad de aceptores de electrones. Sin una molécula, tal como el O2, para aceptar los

electrones en exceso la energía almacenada en NADH y FADH2

no se puede utilizar para producir ATP.

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Aceptores de Electrones

El oxígeno es el mejor aceptor de electrones, ya que genera la mayor variación de energía libre ( G) y produce más energía. En ausencia de oxígeno, otras moléculas, tales como los nitratos, lossulfatos, y el dióxido de carbono pueden utilizarse como aceptores de electrones

Si el O2 está presente,

· 1 NADH almacena energía suficiente para crear alrededor de 3 ATPs

· 1 FADH2 almacena energía suficiente para crear alrededor de 2

ATPs

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7 El NADH se convierte en NAD

+

. Durante este proceso,

A

se libera energía

B

se almacena energía

C

ni se almacena ni se libera energía

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8 El FADH

2

se convierte en FAD. Durante este proceso,

A

se almacena energía

B

se libera energía

C

ni se almacena ni se libera energía

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Reducción y Oxidación

Cuando se pasa de izquierda a derecha estamos añadiendo electrones a una molécula. Eso se llama reducción de la molécula, o proceso de reducción.

Al ir de derecha a izquierda, estamos tomando electrones de una molécula. Eso se llama oxidacíón de la molécula, o proceso de oxidación.

NAD+ + 2H+ + 2e- + Energía NADH + H+ FAD + 2H+ + 2e- + Energía FADH2

(8)

La razón del término oxidación es que este es el efecto que el oxígeno tiene generalmente: que toma electrones de una molécula, produciendo su oxidación .

La corrosión del hierro es un ejemplo de oxidación: el oxígeno está tomando electrones del metal, oxidándolo.

Oxidación

4 Fe + 3 O2 → 2 Fe2O3

Reducción y Oxidación

LEO dice GER Perder (

L

osing)

E

lectrones es

O

xidación

G

anar

E

lectrones es

R

educción Ya que no parece

correcto que a la adición de electrones se la llame "reducción", aquí hay una manera de recordar estos dos términos.

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9

¿Cuál de los siguientes no puede actuar como un aceptor

de electrones?

A

sulfato

B

oxígeno

C

amonio

D

nitrato

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10

La pérdida de un electrón es __________ y la ganancia

de un electrón es ____________.

A

oxidación, reducción

B

reducción, oxidación

C

catálisis, fosforilación

D

fosforilación, catálisis

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11

NADH es la forma reducida de NAD

+

.

Verdadero Falso

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Tipos de Respiración Celular

Las células siguen diferentes caminos de la respiración celular en función de la presencia o ausencia de oxígeno. Las células se pueden clasificar en 3 categorías en base a su respuesta al oxígeno.

Anaerobios obligados - no pueden sobrevivir en presencia de oxígeno

Aerobios obligados- son aquellas que requieren oxígeno.

Anaerobios facultativos -son aquellas que pueden sobrevivir en presencia o ausencia de oxígeno.

(9)

Las Etapas de la Respiración

La respiración celular consiste de cuatro etapas: · Glicólisis

· Decarboxilación del Piruvato

· El ciclo del ácido cítrico (Ciclo de Krebs. · FosforilaciónOxidativa

Se necesitan algunos ATP para comenzar el proceso (Ea) C6H12O6 (Glucosa) Glicólisis 2 ATP 4 ATP 2 NADH 2 C3H4O3 (Piruvato) 2 NAD+

Glicólisis

La Glicólisis es la primera etapa de la respiración celular. Se trata de la descomposición de la glucosa, un azúcar de 6 carbonos en 2 moléculas de piruvato, un azúcar de 3 carbonos

Glucólisis es la ruptura de la molécula de glucosa

El resultado neto es: Se forman 2 ATP junto con 2 NADH y los 2 piruvatos.

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12

Hasta hace 2.5 billones de años no había oxígeno en

la atmósfera terrestre. ¿Cuál de los siguientes no estaba

presente?

A

anaerobios facultativos

B

anaerobios obligados

C

aerobios obligados

D

bacterias

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13

¿Cuánta energía de activación se requiere para

comenzar la glicólisis?

A

0 ATP

B

1 ATP

C

2 ATP

D

4 ATP

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14

Los productos netos de la glucólisis son:

A

2 piruvatos

B

2 NADH y 2 piruvatos

C

2 ATP, 2 NADH, y 2 piruvatos

D

4 ATP, 2 NADH, y 2 piruvatos

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Descarboxilación del piruvato (DP)

El ciclo del ácido cítrico puede procesar sólo moléculas con 2 carbonos y el piruvato es una molécula con 3 carbonos: C3H4O3

PDC 2 NADH 2 NAD+ 2 C3H4O3 (Piruvato) 2 CO2 2 Acetil Co-A La DP es una reacción catalizada por una enzima que toma las 2 moléculas de piruvato y las convierte en 2 moléculas de que son moléculas con 2 átomos de carbono.

La energía es almacenada durante la DP a partir de la

conversión de 2 NAD+ a 2

NADH y los carbonos extra del piruvato son eliminados como

(10)

El cliclo del ácido cítrico

Esto muestra un ciclo, originado por una molécula de Acetil Co-A.

Para una molécula de glucosa se necesitan dos ciclos. Vamos a contabilizar la salida de un ciclo para confirmar nuestros resultados. Ciclo del ácido cítrico

1 ATP 3 NADH

1 FADH2

El ciclo del ácido cítrico

2 ATP

6 NADH

2 FADH2 Pero 1 molécula de glucosa produce 2 moléculas de Acetil Co-A (entonces 2

vueltas del ciclo producen:)

Esta es una vuelta del ciclo debido a 1 Acetil Co-A. Nota la producción de:

Cliquea aquí para ver un vídeo del ácido cítrico

Ciclo del ácido cítrico

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El ciclo del ácido cítrico se llama también Ciclo de Krebs. El ciclo desarma una molécula de Acetil-CoA por cada turno generando 1 ATP, 3 NADH, 2 CO2 y 1 FADH2 por Acetil-CoA.

Ya que 2 moléculas de Acetil-CoA se arman a partir de cada molécula de glucosa, el Ciclo de Krebs produce 2 ATP; 6 NADH; 4CO2, y 2 FADH2 por cada molécula de glucosa.

El ciclo del ácido cítrico

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15

La glucólisis produce ____ ATP.

La descarboxilación del piruvato produce ____ ATP.

El ciclo del ácido cítrico produce _____ ATP.

A

1, 1, 2

B

4, 0, 2

C

4, 0, 4

D

2, 0, 2

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16

Durante la descarboxilación del piruvato un piruvato

de 3 carbonos se convierte en 2 Aceltil Co-A de 2 átomos

de carbono. ¿Qué sucede con los otros átomos de

carbono en este proceso?

A

Son eliminados como moléculas de CH

4

B

Son eliminados como moléculas de CO

2

C

Se unen covalentemente al NADH

D

Son reciclados para volver a obtener glucosa

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17

En total, las 3 primeras etapas de la respiración celular

producen, ¿cuántas moléculas de dióxido de carbono

A

1

B

2

C

3

D

6

(11)

Hasta ahora hemos hecho un montón de trabajo para obtener una ganancia neta de 4 ATPs.

Pero hemos almacenado una gran cantidad de energía potencial en forma de NADH y FADH2.

La gran recompensa de la energía está en la fosforilación oxidativa, donde convertimos la energía almacenada en las moléculas de ATP.

Fosforilación oxidativa (FO)

Etapa NADH FADH2 ATP Glicólisis 2 0 2

PD 2 0 0

CAC 6 2 2

Total 10 2 4

Ahora vamos a convertir todo el NADH y FADH2 en ATP, por lo que la energía se puede almacenar toda la célula.

Aquí es donde el ciclo comienza

Cuando el O2 está presente obtenemos alrededor de 3 ATP por NADH y 2 ATP por FADH2. De manera que, ¿cuántos ATP tendríamos al final de la siguiente etapa?

Fosforilación oxidativa (FO)

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La fosforilación oxidativa es alimentada por la cadena transportadora de electrones.

Una forma de pensar en la CTE es como una bomba de protones.

La CTE transporta los electrones, a través de reacciones químicas, hacia afuera y luego vuelve a través de la membrana plásmática. El efecto neto es bombear protones desde el interior hacia el exterior de la membrana plasmática, creando un gradiente de protones que se utiliza para alimentar la fosforilación oxidativa.

Cadena transportadora de

electrones (CTE)

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La CTE no produce ATP, pero permite la fosforilación oxidativa, a cuenta de la mayoría del ATP producido.

Espacio intermembrana El patrón de electrones está en negro. El patrón de protones está en rojo.

Cadena transportadora de

electrones (CTE)

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CTE anaeróbica

Por los primeros 2 millones de años de vida en la Tierra, la respiración anaeróbica (sin O2) era el único medio de obtener energía de los alimentos.

Estos organismos utilizan los aceptores de electrones, NO3-,

SO42-, o CO2 para jalar de los electrones a través de la CTE

Estas moléculas aceptarían a los electrones en el extremo de la cadena formando N2, H2S, y CH4, respectivamente

Slide 66 / 141

CTE anaeróbica

Cliquéa aquí para ver un video de CTE

Pero luego, ocurrió la Revolución del Oxígeno 2.5 billones de años antes, inundando el planeta con oxígeno.

En la respiración aeróbica, el aceptor final de electrones de la cadena de transporte es el O2; formando agua (H2O). El oxígeno atrae electrones fuertemente, para completar su nivel externo. Esto tirón más fuerte produce mucha más energía disponible para la vida, permitiendo la existencia de cadenas alimentarias más complejas como vemos hoy.

(12)

18

¿Cuál de los siguientes de forma durante la cadena

transportadora de electrones en células humanas?

I ATP

II NADH

III gradiente de protones

IV H

2

O

A I, II, III, IV

B I, II sólo C III sólo D III, IV sólo

19

Los aerobios obligados usan cuál de los siguientes

como su aceptor final de electrones?

A

CO

2

B

NO

3 -C

O

2 D

SO

4

2-Slide 69 / 141

Fosforilación oxidativa (OP)

La CTE crea un potencial electrostático positivo fuera de la membana plasmática y un potencial negativo en el interior. El exceso de protones en el exterior, está fuermente atraído hacia el interior, pero está bloqueado por la membrana. Un camino está abierto para los protones, pero se debería hacer trabajo para usarlo.

La síntesis de ATP es esencialmente un motor, construido de proteínas. Los protones deberían viajar a través de ese motor para volver a la célula, creando una corriente eléctrica que enciende el motor.

A medida que el motor gira, se agrega un grupo fosfato al ADP, creando ATP. La energía eléctrica es transformada en energía química.

Cliquea aquí para ver un vídeo de síntesis de ATP

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Fosforilación oxidativa

La analogía hidroeléctrica

El Hoover Dam es una estructura masiva que contiene la energía potencial de 9 trillones de galones de agua

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Tal como la fosforilación oxidativa crea un gradiente luego de que la energía almacenada permitiendo que el agua pase a través de una pequeña tubería, transformándola en energía cinética.

Fosforilación oxidativa

La analogía hidroeléctrica

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Las enormes turbinas están girando causando que la energía cinética sea convertida en energía mecánica la que es utilizada para producir energía eléctrica.

Fosforilación oxidativa

La analogía hidroeléctrica

(13)

Calculamos anteriormente que se podría esperar obtener 38 moléculas de ATP por el tiempo que se habría convertido todo el NADH y el FADH2 en ATP.

El rendimiento real es de entre 36 a 38 moléculas de ATP por molécula de glucosa.

La razón para la pequeña varianza es que en algunos casos se necesita energía para el transporte de las moléculas de NADH hacia el sitio de la CTE.

Respiración aeróbica

20

La síntesis de ATP...

A

sintetiza ATP

B

es una enzima

C

es una proteína compleja

D

todos los de arriba

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21 La energía liberada por la cadena de transporte de

electrones es utilizada para la bomba de iones H+ dentro

¿de qué lugar?

A

en el exterior de la membrana

B

en el interior membrana

R es pu es ta

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22

¿Cuál es el número máximo de ATP producido a partir

de la ruptura de una molécula de glucosa?

A

4

B

18

C

36

D

38

Slide 77 / 141

La versatilidad del catabolismo

Las vías catabólicas canalizan electrones desde muchos tipos de moléculas orgánicas en el interior de la respiración

celular.

·la glucólisis acepta un amplio rango de carbohidratos

·las proteínas deben ser degradadas en aminoácidos; los grupos amino pueden alimentar la glucólisis o el ciclo del ácido cítrico. ·las grasas son degradadas en glicerol el que es utilizado en la glucólisis. Un gramo oxidado de grasas produce más que el doble de la cantidad de ATP que se origina de un gramo de

carbohidratos oxidados.

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La versatiliadad del catabolismo

Etapa 1: ruptura de las macromoléculas en unidades más pequeñas

Etapa 2: ruptura de subunidades simples a Acetil Co-A acompañada por la producción limitada de ATP y NADH

Etapa 3: la oxidación completa de acetil CO-A a H2= y CO2 implica la producción de mucho NADH, que produce mucho ATP vía transporte de electrones

(14)

Fermentación

Volver a la tabla de contenidos

Cuando no están disponibles los aceptores de electrones, los anaerobios obligados y los aerobios facultativos pueden aún degradar glucosa y liberar energía a través de un proceso llamado

fermentación.

Fermentación

La fermentación comienza justo como lo hace la respiración celular, con la glucólisis.

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Fermentación

La glucólisis resulta en 2

moléculas de piruvato y 2 moléculas de NADH2. Sin un aceptor de electrones, la energía almacenada en esas moléculas no se puede utilizar. La ganancia neta de energía es sólo 2 ATP (Recuerda 2 fueron invertidos y 4 se produjeron, la ganancia neta es 2) C6H12O6 (Glucosa) Glucólisis 2 ATP 4 ATP 2 NADH 2 C3H4O3 (Piruvato) 2 NAD+

Slide 82 / 141

Sin embargo, el piruvato todavía necesita ser limpiado desde la célula, y el NADH ser convertido nuevamente a NAD+ para comenzar otro ciclo. Este proceso es llamado fermentación.

No se libera energía adicional durante este proceso.

Fermentación

C6H12O6 (Glucosa) Glucólisis 2 ATP 4 ATP 2 NADH 2 C3H4O3 (Piruvato) 2 NAD+

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Fermentación 2 NADH 2 NAD+ 2 C3H4O3 (Piruvato) CO2 y 2 etanol 2 ácido-láctica Fermentación

ácido-láctica Fermentación alcohólica

OR

Tipos de fermentación

Existen dos tipos de fermentación:

· fermentación ácido-láctica · fermentación alcohólica

Slide 84 / 141

Los piruvatos y los NADH son fermentados en 2 NAD y o en ácido láctico o CO2 y etanol.

Fermentación

La fermentación descompone los productos de la glucólisis de manera que la glucólisis puede repetirse con otra molécula de glucosa.

Fermentación 2 NADH 2 NAD+ 2 C3H4O3 (Piruvato) CO2 y 2 etanol 2 ácido-láctico Fermentación

ácido-láctica Fermentación alcohólica

O

1 molécula de glucosa produce 2 ATP, 2 Piruvatos y 2 NADH. Esto es la entrada a la etapa de la fermentación de la respiración anaerobia.

(15)

Fermentación

El resultado de los pasos combinados de la glucólisis y la fermentación es:

· la entrada es 1 Glucosa + 2 moléculas de ATP

· la salida es 4 moléculas de ATP (para una ganancia neta de 2 ATP)

En síntesis,

· La fermentación láctica resulta en ácido láctico · La fermentación alcohólica resulta en etanol y CO2

La gran diferencia es que para cada molécula de glucosa:

la respiración celular aeróbica produce 36 a 38 ATP

la fermentación sólo produce 2 ATP

Respiración celular vs. fermentación

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·Algunas bacterias anaerobias se basan solamente en la fermentación, tales como Lactobacillus, que se utiliza para hacer queso y yogur.

·El alcohol en el vino, cerveza, se produce a partir de la levadura un facultativo anaerobio que produce la fermentación del etanol. ·El pan se leuda debido a la liberación de burbujas de CO2 por la fermentación de la levadura.

·Los músculos queman después de una extenuante sesión de ejercicios, ya que no se pueden obtener suficiente O2, por lo que llevan a cabo la fermentación del ácido láctico. El ácido láctico es el que da la sensación de ardor y dolor.

Ejemplos de fermentación

Slide 88 / 141

23

Cuando una célula ha completado la glucólisis y la

fermentación láctica, los productos finales son:

I ácido láctico

II etanol

III dióxido de carbono

IV NADH

V ATP

A I, II, III, IV, V B I, II, III, V C I, IV, V D I, V

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24

El pan leuda debido a la producción de _______

durante la fermentación.

A

etanol

B

dióxido de carbono

C

ácido láctico

D

piruvato

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25

Los músculos producen ácido láctico durante el

ejercicio intenso. Además, los músculos son ejemplo de,

¿que tipo de célula?

A

anaerobios facultativos

B

aerobios facultativos

C

anaerobios obligados

D

aerobios obligados

R es pu es ta

(16)

Fotosíntesis

Volver a la tabla de contenidos

La respiración obtiene energía a partir de la glucosa y la almacena como ATP.

¿Pero cuál es la fuente de glucosa?

Y, ¿de dónde vino el oxígeno que flotaba en la Tierra 2.5 billones de años atrás?

Fotosíntesis

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Aquí está la ecuación química balanceada para la respiración aeróbica

Y aquí la ecuación química balanceada para la fotosíntesis: C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + ATP

6CO2 + 6H2O + Energía lumínica C6H12O6 + 6O2

Respiración aeróbica vs. fotosíntesis

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La respiración aeróbica usa oxígeno (O2) y glucosa (C6H12O6) para formar dióxido de carbono (CO2) y agua (H2O)... y liberar energía.

C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + ATP

La Fotosíntesis es exactamente el opuesto, toma el dióxido de carbono (CO2) y el agua (H2O) más la

energía para producir glucosa (C6H12O6) y oxígeno (O2)

Respiración aeróbica vs. fotosíntesis

6CO2 + 6H2O + Energía lumínica C6H12O6 + 6O2

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Fotosíntesis y respiración

Sumando estas dos ecuaciones se observa que el ATP es usado por las células deriva de la energía lumínica, desde el Sol. Esta es la fuente de energía de la mayor parte de la vida en la Tierra

C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + ATP (Energy)

Energía lumínica ATP (Energía)

6CO2 + 6H2O + Energía lumínica C6H12O6 + 6O2

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Excepto para un pequeño número de bacteriasa que viven de reacciones químicas en un entorno extremo, la energía para toda la vida en la Tierra proviene de esos procesos... de la energía solar. A pesar de que no todos los organismos experimentan la fotosínteis, los productos que los plantas producen son utilizados en reacciones que los consumidores utilizan. De esta manera, podemos decir que . .

¡Todos somos energía solar en potencia!

Energía lumínica ATP (Energía)

(17)

26 ¿Cuáles son los reactivos de la respiración celular?

A

Oxígeno y agua

B

Glucosa y dióxido de carbono

C

Glucosa y agua

D

Glucosa y oxígeno

27

¿Cuáles son los productos de la fotosíntesis?

A

Glucosa y oxígeno

B

Oxígeno y agua

C

Glucosa y dióxido de carbono

D

Dióxido de carbono y agua

R es pu es ta

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28

¿Cuáles son los reactivos de la fotosíntesis?

A

Dióxido de carbono y agua

B

Oxígeno y agua

C

Glucosa y oxígeno

D

Glucosa y dióxido de carbono

R es pu es ta

Slide 100 / 141

29

La fotosíntesis ____________ energía mientras que

la respiración celular __________ energía

A

consume, produce

B

produce, consume

C

produce, produce

D

consume, consume

R es pu es ta

Slide 101 / 141

¿Cuál es la fuente de glucosa?

¿De dónde vino el oxígeno que flotaba en la Tierra hace 2.5 Billones de años atrás?

Nuestras preguntas originales

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Los productos de la fotosíntesis son: · oxígeno (O2)

· glucosa (C6H12O6)

La fotosíntesis produce la glucosa que alimenta a la respiración, y, finalmente, a todos nosotros.

La fotosíntesis también produjo el oxígeno que llenó la atmósfera e hizo posible la vida compleja, como la conocemos ahora.

(18)

La fotosíntesis y el aporte de oxígeno a la atmósfera de la Tierra, comenzaron alrededor de 2.5 billones de años atrás y tuvo su mayor impacto alrededor de 2.0 billones de años atrás. Esto se llamó la catástrofe del oxígeno porque causó la extinción de un gran número de anaerobios obligados. Algunos sobreviven hoy en día, pero sólo en lugares donde no estén expuestos a la atmósfera.

La catástrofe del oxígeno

Esta simple ecuación resume el resultado de la fotosíntesis: sus reactivos y productos.

Sin embargo, los procesos que hacen posible la fotosíntesis no son muy simples.

Al igual que las cuatro etapas de la respiración resultan en una ecuación simple, el proceso en sí es complicado.

Del mismo modo, el proceso de fotosíntesis es complicado. Y en cierto modo similar a los pasos de la respiración, pero al revés.

Fotosíntesis

6CO2 + 6H2O + Energía luminosa C6H12O6 + 6O2

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30

En la comparación de la respiración aeróbica con la

fotosíntesis, ¿qué afirmación es verdadera?

A

el oxígeno es un producto de desecho en la

fotosíntesis, pero no en la respiración

B

la glucosa se produce en la respiración pero no en

la fotosíntesis

C

el dióxido de carbono se forma en la fotosíntesis

pero no en la respiración

D

el agua se forma en la fotosíntesis pero no en la

respiración

R es pu es ta

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Durante la respiración las moléculas de NAD+ y FAD se usan para almacenar energía.

La fotosíntesis usa la molécula NADP+, que es muy parecido al NAD+, para almacenar energía, y convertirlo entre sus dos etapas

La forma reducida del NADP+ es el NADPH.

NADPH

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La fotosíntesis depende también de la clorofila, una molécula que absorbe la luz roja y azul-violeta y la utiliza para exitar a los electrones y llevarlos a un nivel de energía más alto.

Clorofila

La Clorofila le da a las plantas su color verde.

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La clorofila se encuentra en los tilacoides, que son estructuras unidas a las membranas de las células fotosintéticas.

(19)

31

El NAD

+

es al NADP

+

como el NADH es al ______.

A

NADP

2+

B

NADP

C

NADPH

D

NADPH

2

32 ¿Cuál de las siguientes se encuentra almacenada en los

tilacoides?

A

ATP

B

clorofila

C

NADH

D

NADPH

R es pu es ta

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Hay dos tipos de fotosíntesis:

Transporte cíclico de energía Transporte no cíclico de energía

Dos tipos de fotosíntesis

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El transporte cíclico de energía fue probablemente el primer tipo de fotosíntesis que se originó

No forma glucosa, sólo convierte la energía solar en ATP.

Transporte cíclico de energía

Slide 113 / 141

e

-e

-Fotosistema I Cadena de Transporte de Electrones ATP Sintasa E ne rg ía d e la s mo lé cu la s clorofila e -e -ADP + Pi ATP fotón

Transporte cíclico de energía

El transporte cíclico de energía utiliza el Fotosistema I, un complejo proteico incrustado en la membrana tilacoide para convertir la energía luminosa en ATP.

Este proceso es "cíclico" porque los electrones finales vuelven a la clorofila después de la generación del ATP.

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33

El transporte no cíclico de energía surgió antes del

transporte cíclico de energía.

R es pu es ta Verdadero Falso

(20)

34

¿Cuál de las siguientes afirmaciones sobre el transporte

cíclico de energía es verdadero?

A

El transporte cíclico de energía requiere agua

B

La glucosa se produce por transporte cíclico de energía

C

El transporte cíclico de energía reduce el NADP

+

D

La energía lumínica se convierte en energía

química durante el transporte cíclico de energía.

Hay dos grandes etapas en el transporte no cíclico de energía: Reacciones dependientes de la luz

Reacciones independientes de la luz (Ciclo de Calvin )

Transporte no cíclico de energía

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Las reacciones dependientes de la luz se producen en las estructuras unidas a la membrana llamados tilacoides Es necesario contar con una superficie de la membrana que separa el interior del exterior de un volumen cerrado, los tilacoides proporcionan esto. El interior se llama el lumen; el exterior se llama el estroma.

Reacciones dependientes de la luz

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Reacciones dependientes de la luz

2 H2O + 2 NADP+ + 3 ADP + 3 Pi O2 + 2NADPH + 3 ATP

Las reacciones dependientes de la luz usan energía lumínica y agua para formar ATP, NADPH, y oxígeno gaseoso.

Este proceso requiere 2 fotosistemas, el fotosistema II y el fotosistema I. Se presentan en este orden ( fueron nombrados en el orden en que fueron descubiertos).

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Tilacoides

Esto muestra la membrana, que separa el estroma del lumen, los dos fotosistemas y las enzimas, la ATP sintasa y la NADP reductasa.

Las reacciones de luz usarán el Fotosistema II y el Fotosistema I para crear un exceso de protones en el estroma, y un déficit en el lumen.

La única forma en que los protones puedan volver al lumen, es a través de la ATP sintasa, para producir ATP.

Slide 120 / 141

clorofila e -e -e -e

-Fotosistema II Cadena de transporte de electrones

ATP al fotosistema I e -ATP Sintasa E ne rg ía d e la s mo lé cu la s fotón H2O O2 + 2H+ ADP + Pi

Fotosistema II

En primer lugar, el Fotosistema II absorbe la luz y da energía a los electrones, dividiendo una molécula de agua en el proceso. Aquellos se utilizan para bombear protones a través de la membrana, creando una diferencia de potencial eléctrico que se utiliza para crear ATP.

(21)

Fotosistema I

E ne rg ía d e la s mo lé cu la s clorofila e -e- e -e -desde el fotosi stema II NADP Reductasa NADP+ NADPH fotón Fotosistema I

Entonces, el fotosistema I absorbe más luz y re-energiza los electrones. Se utilizan para almacenar energía mediante el uso de NADP reductasa para reducir el NADP + a NADPH (adición de electrones al NADP +, en lugar de devolverlos a la clorofila como en el transporte cíclico de energía).

35 El interior del tilacoide se llama la ______ y el exterior se denomina ______. A lumen, estroma B estroma, lumen R es pu es ta

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36 Las reacciones dependientes de la luz producen ____ ATP y ____ NADPH por cada O2 producido.

A

1, 1

B

2, 3

C

3, 2

D

2, 4

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37

El agua se divide, liberando O

2

, ¿en cuál complejo de

proteínas?

A

el fotosistema I

B

el fotosistema II

C

ATP sintasa

D

NADP reductasa

R es pu es ta

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Reacciones independientes de la luz

El ATP y el NADPH formados durante las reacciones dependientes de la luz avanzan hacia las reacciones independientes de la luz. Las reacciones independientes de luz también se conocen como Ciclo de Calvin o reacciones oscuras.

Estas reacciones pueden ocurrir con luz o en oscuridad, por lo tanto oscuras no es un nombre preciso.

El ciclo de Calvin utiliza el ATP y el NADPH para convertir el CO2 en glucosa (C6H12O6) en un proceso de múltiples fases.

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Reacciones independientes de la luz

En 3 vueltas del ciclo usamos 9 ATP, 6 NADPH y 3 CO2 para formar un azúcar de 3 carbonos

(22)

Reacciones independientes de la luz

Para formar una molécula

de glucosa, de 6 carbonos se requieren: 18 ATP 12 NADPH y 6 CO2

El Ciclo del carbono

El ciclo de Calvin también se llama fijación de carbono. Esto significa que el carbono, un gas en la atmósfera, en forma de CO2, se convierte en un sólido como la glucosa. Cuando se utiliza la glucosa en la respiración, el carbono se libera a la atmósfera nuevamente.

Este proceso de fijación y liberación de carbono se llama el ciclo del carbono. El carbono no se crea ni se destruye, pero los circula a través del medio ambiente.

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Las reacciones luminosas producen cantidades iguales de ATP y NADPH, pero el ciclo de Calvin utiliza más ATP (18) que el NADPH (12) para hacer una molécula de glucosa. Para tener suficiente ATP, los organismos fotosintéticos usan el transporte cíclico de energía para crear el ATP necesario.

Transporte de energía ciclica vs. no cíclica

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38

El dióxido de carbono se fija en forma de glucosa en

A

el ciclo de Krebs

B

las reacciones dependientes de la luz

C

el ciclo de Calvin

D

el transporte cíclico de energía

Slide 131 / 141

39

¿En qué etapa de la fotosíntesis son el ATP y el NADPH

convertidos a ADP + Pi y NADP +?

A

reacciones dependientes de la luz

B

reacciones independientes de la luz

C

fotosistema I

D

fotosistema II

R es pu es ta

Slide 132 / 141

40

¿Cuál de las siguientes afirmaciones sobre la fotosíntesis

es verdadera?

A

Las reacciones dependientes de la luz sólo pueden

ocurrir a la luz, las reacciones independientes de

luz sólo pueden ocurrir en la oscuridad.

B

El transporte cíclico de energía es más eficiente en

la producción de glucosa que el transporte no

cíclico de energía.

C

Las reacciones dependientes de la luz producen

ATP que se utiliza para alimentar el ciclo de Calvin.

D

El transporte cíclico de energía sólo lo

(23)

41

El ciclo de Calvin es una vía anabólica .

Verdadero R es pu es ta Falso

Cambio climático global

El ciclo del carbono juega un papel clave en el cambio climático global.

La fotosíntesis libera oxígeno al aire, sino que también retiene el CO2 del aire.

El CO2 es un gas de efecto invernadero, que absorbe la luz infrarroja que de otro modo se llevaría el calor de la Tierra, al espacio; enfriando la Tierra

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Cambio climático global

Si no fuera por el CO2 y otros gases de efecto invernadero, la Tierra sería mucho más fría, tal vez demasiado fría para sostener la vida tal como la conocemos.

Los gases de efecto invernadero son esenciales para la vida.

Sin embargo, la cantidad de gases de efecto invernadero en la atmósfera de la Tierra es crítica para mantener una temperatura media constante en el planeta.

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Cambio climático global

Una gran cantidad de carbono estaba atrapado bajo la superficie de la Tierra por las formas de vida que murieron durante muchos millones de años, llevando al carbono fuera del ciclo del carbono.

Eso redujo el CO2 en la atmósfera, y esta reducción hizo que disminuyera la temperatura de la Tierra permitiendo al calor salir, lo que llevó a nuestra temperatura actual.

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Cambio climático global

Los hidrocarburos que usamos para obtener energía (gas natural y petróleo) se formaron a partir de la descomposición de animales y plantas que murieron hace mucho tiempo. Cuando se queman estos combustibles, se libera CO2 que vuelve hacia la atmósfera, haciendo que aumenten demasiado los gases de efecto invernadero.

Slide 138 / 141

Cambio climático global

Como resultado, más calor está siendo atrapado en la atmósfera, y el balance de la energía que llega a la Tierra del Sol y la liberada desde la Tierra como radiación infrarroja está cambiando.

Esto está causando que la temperatura media de la Tierra aumente.

El efecto de este aumento de temperatura no es que la temperatura sube en todos los lugares ni en todos los años necesariamente.

Pero se prevé que habrá grandes cambios en el clima en el futuro, con los cambios que acompañan en el nivel del mar, cultivos, plantas y la vida animal, etc.

(24)

42 Los gases de efecto invernadero son peligrosos y deberían ser reducidos tanto como sea posible.

R es pu es ta Verdadero Falso

43 El carbono fue usado a partir del ciclo del carbono, reduciendo el CO2 en el aire, a medida que __________

A la cantidad de vida en la Tierra disminuía

B los animales morían y quedaban enterrados C comenzó la fermentación

D todos los de arriba

E Ninguno de los de arriba

R es pu es ta

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44 Un invierno muy caluroso estaría indicando que está ocurriendo un cambio climático global.

Verdadero R es pu es ta Falso

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