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Unidad 3: Flujo y procesamiento de energía y materia en los
sistemas biológicos.
Ingreso de energía en el ecosistema
Saben que los seres vivos son sistemas
termodinámicamente abiertos, que en su funcionamiento
llevan a cabo procesos no espontáneos que deben
acoplarse a fuentes externas continuas de energía. La
principal de estas fuentes es la energía solar que se
transforma en materia orgánica durante la fotosíntesis.
¿Qué significa esta ecuación?
Es un
Fotosíntesis
Que permite la
Incorporación
de energía
Proceso
desde
El ambiente
al
Moléculas orgánicas
estables
Para sintetizar
Mundo orgánico
Mediante la
ATP
Almacenada
en
Energía química
Conversión
Energía luminosa
en
de
La fotosíntesis
Ocurre gracias a
la existencia de
Pigmentos fotosintéticos
Que
corresponden a
Lípidos unidos
a proteínas
Presentes en
ciertas
Membranas celulares
Y son
capaces de
Absorber
la
Energía lumínica
Etapas de la fotosíntesis
Característica/
fase
Reacciones
¿Cuándo ocurre?
¿Dónde ocurre?
Dependiente de
energía lumínica
Independiente de
energía lumínica
Reacciones de captura de
energía
Reacciones de fijación de
carbono
Sólo de día
De día y de noche
En la membrana de los
tilacoides de los cloroplastos
donde están los fotosistemas
En el estroma del cloroplasto
Fotosistemas
2 complejos
proteicos
Que contienen
Pigmentos
fotosintéticos
(clorofila)
2 componentes
Antenas
Pigmentos
captan energía luminosa
para transmitirla al
centro de la reacción
Centro de
la reacción
Los pigmentos diana
son capaces de
transferir electrones
e iniciar la cadena
de reacciones químicas
Fase dependiente de energía lumínica
1.
2.
3.
4.
5.
Llegada de fotones al fotosistema II.
Electrones de la clorofila se excitan y
saltan.
Electrones son capturados por el aceptor
primario de electrones.
Electrones pasan por varias proteínas
formando la cadena transportadora de
electrones.
Los electrones llegan al fotosistema I.
Luego…
 El fotosistema I también recibe energía
lumínica y su clorofila al excitarse libera
electrones.(son recuperados por los que
provienen del fotosistema II).
 Los electrones pasan a un aceptor primario.
 Los electrones pasan a una cadena
transportadora de electrones.
 Los electrones son transportados a una
molécula de NADP+ que junto a los protones
(H+) forman NADPH.
NADP+= Dinucleótido de nicotinamida-adenina fosfato
NADPH= Es la forma reducida del NADP+
Mientras, ocurre:
a) Fosforilación: formación de ATP a partir ADP
gracias a la enzima ATP sintetasa, quien
aprovecha la energía liberada de la cadena
transportadora de electrones.
b) Fotólisis del agua: consiste en la hidrólisis
del agua, produciendo O2, protones (H+) y
liberando 2 electrones (por cada molécula),
los cuales son transferidos al fotosistema II.
Los 2 H+ se acumulan (para más adelante
formar NADPH) y los O2 se liberan.
Dibuje en su cuaderno el siguiente esquema y señale a qué
corresponde:
Responde…
 ¿Cuál es el resultado (producto) de la fase
dependiente de la energía lumínica?
1.
2.
Fase independiente de la energía
lumínica.
Características generales:
 El NADPH y el ATP producidos en la fase anterior se
utilizan en la fase independiente de la energía
lumínica o fase de fijación del carbono.
 Estas reacciones ocurren en el estroma del
cloroplasto.
 Las reacciones dan lugar al llamado ciclo de Calvin,
que ocurre para sintetizar moléculas orgánicas
 En el ciclo de Calvin, por cada CO2 que se incorpora
se necesitan 2 NADPH y 3 ATP
En el ciclo de Calvin ocurren los
siguientes pasos:
 Fijación del CO2:
El CO2
atmosférico
Se une a la
Formando Molécula inestable
Ribulosa difosfato
RuDP (5 carbonos) una
Gracias a la enzima
Ribulosa bifosfato carboxilasa
RUBISCO
de 6 carbonos
Que luego se
separa en
2 moléculas
de 3 carbonos
llamadas
Fosfoglicerato
PGA
 Reducción del CO2 fijado:
Con el gasto de ATP
y NADPH
Fosfoglicerato
PGA
(2 moléculas)
Se
reduce a Gliceraldehído fosfato
GAP
(2 moléculas)
Que es el
Primer azúcar del ciclo
Regenerar la RuDP
Puede
seguir
Biosíntesis de glúcidos,
aminoácidos y ácidos orgánicos
Almidón y sacarosa
2 vías
El ciclo de Calvin
 También conocido como ciclo de Calvin-Benson. Fue
descubierto por Melvin Calvin y Andy Benson de
la Universidad de California en Berkeley.
 Durante la fotosíntesis, la enegia lumínica ha sido
convertida en energia química
almacenando ATP y NADPH. El ciclo de Clavin es luzindependiente,usando la enegia desde carriers de corta
duración , convirtirno el dioxido de carbono en compuesto
orgánicos que pueden ser usados por el organismo.
Estas formas de reacción también son llamadas
de fijación del carbono. La enzima del ciclo se llama
RubisCO.
 La suma total de las reacciones del ciclo de Calvin es:
 6CO2 + 12NADPH + 12H2O + 18 ATP → C6H12O6 +
12NADP+ + 18ADP + 18 Pi
Entrada de H2O y CO2 a la planta:
H2O
Ingresa por las raíces y se
transporta a las hojas por el
xilema.
CO2
Ingresa por unos poros llamados
estomas. Los estomas están
formados por las células oclusivas o
guardianes que permiten el
intercambio de vapor de agua y otros
gases de la planta.
Las células guardianes, sus formas y volúmenes.
En un medio
hipotónico
En un medio
hipertónico
El agua ingresa
por osmosis
El agua sale por
osmosis
“transpiración”
El CO2
ingresa a
la hoja
Las células
guardianes se
hinchan
Los estomas
se abren
Las células
guardianes se
deshinchan
Los estomas
se cierran
 En condiciones normales los estomas están
abiertos de día y cerrados de noche.
 La planta debe estar hidratada, de lo contrario
el CO2 no puede ingresar al interior.
A trabajar en parejas:
1. Compare las fases de la fotosíntesis considerando los siguientes
aspectos:
 Se inicia con.
 Ocurre en.
 Enzimas involucradas.
 Procesos involucrados.
 Productos obtenidos.
2. Realice un esquema que explique la fase dependiente de la
energía lumínica.
3. ¿Cómo se produce el O2 que liberan las plantas? ¿cuándo
ocurre?
4. ¿Cuándo y para qué se incorpora el CO2 atmosférico?
5. ¿Cuál es el rol de la ATP sintetasa?
6. ¿Qué sucedería si fallara la ribulosa bifosfato carboxilasa?
7. Si en el ciclo de Calvin ingresa sólo una molécula de CO2, y la
fórmula química de la molécula de glucosa es C6H12O6,
¿Cuántos ciclos deben ocurrir para formar esta molécula?
Explica.
Verdadero o falso. Justifica las
falsas.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
En el ciclo del Calvin ocurre síntesis de ATP y NADPH.
Los estomas son los lugares de las hojas en los que ocurre la
fotosíntesis.
Un fotosistema está compuesto por e centro de reacción y por
los pigmentos antena.
En la fotosíntesis, la fase dependiente de luz se inicia en el
fotosistema I.
El oxígeno (O2) se forma a partir de la molécula de CO2.
La membrana tilacoidal se encuentra ubicada al interior del
cloroplasto.
La molécula de ATP posee un alto valor energético.
La fotosíntesis es un proceso de tipo exergónico.
La transpiración consiste en la pérdida de agua por la planta.
Copia el esquema y complétalo:
H2O
ATP
y________
C6H12O6
Ordena los procesos:
a. La energía lumínica es conducida por el
b.
c.
d.
e.
complejo antena hacia el centro de reacción.
Se forma el NADPH.
La clorofila del centro de reacción del
fotosistema II es estimulada por la energía
lumínica.
Se estimula el fotosistema I.
Ocurre la fotólisis del agua.
¿Qué factores influyen
en la fotosíntesis?
a. Intensidad lumínica.
La tasa fotosintética aumenta
progresivamente a medida que
aumenta la intensidad lumínica,
hasta un valor constante (600 W
apróx.)
b. Temperatura.
La tasa fotosintética aumenta a
medida que aumenta la
temperatura.
Además se incrementa la
respiración celular donde se
utiliza la glucosa.
¿Es igual la tasa fotosintética en plantas de
origen tropical comparada con la de plantas
de clima templado?
El consumo de agua
constante beneficia la
absorción de CO2, a través de
la apertura de los estomas.
c. Disponibilidad de agua y
concentración de CO2
La tasa fotosintética tiende a
aumentar a medida que se
incrementa la concentración
de CO2, hasta cierto límite o el
proceso se inhibe.
Factores que afectan a la fotosíntesis.
Internos
Externos
Condiciones anatómicas
y fisiológicas del vegetal
Condiciones ambientales
que influyen en el proceso
• Estructura de la hoja.
(grosor, cantidad y ubicación
de estomas)
• Contenido de clorofila.
•Actividad de las
enzimas fotosintéticas.
•Intensidad lumínica.
•Temperatura.
•Concentración del CO2.
•Disponibilidad de agua.
Factores externos: analice en parejas.
 Observa los siguientes gráficos y luego responde
cómo influyen estos factores en la tasa fotosintética.
Gráfico n°1
Gráfico n°3
Gráfico n°2
A 30 °C
I.L.A
Tasa
A 20 °C
fotosintética
I.L.B
Intensidad
lumínica (watts)
Temperatura
(°C)
Concentración
de CO2
Análisis final: discuta con sus
compañeros de puestos.
 1. Si una planta es colocada en una atmósfera libre de CO2 y
con luz muy brillante ¿continuarían las plantas sus reacciones
generando las moléculas energéticas ATP y NADPH en forma
indefinida?. Explique como llegó a su conclusión.
2. Si Ud. tiene una planta a la cual se está aplicando luz blanca
y se mide cada cierto tiempo , en forma experimental, la
cantidad de Oxígeno fotosintético producido. ¿Qué sucedería si
se colocan diferentes filtros ( rojos , verdes y azules) entre la
fuente luminosa y las hojas . Explique y fundamente su
respuesta.
3. Si Ud. es llamado por la Comisión Nacional del Medio
Ambiente ( CONAMA) , para explicar por qué es necesario
continuar apoyando un proyecto sobre investigaciones a cerca
de la fotosíntesis, centrada en el descubrimiento de un producto
enzimático que acelere las reacciones para producir hidratos de
carbono y oxígeno. ¿Cómo justificaría este proyecto? ¿Cuáles
serían los beneficios potenciales de dicha investigación?