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GUÍA DE BIOLOGÍA: FOTOSÍNTESIS
Nivel: 1° Medio
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 su
nutrición es la fotosíntesis.
Este proceso consiste en una serie de reacciones químicas en las que se utilizan sustancias
inorgánicas presentes en el ambiente: agua (H2O) y dióxido de carbono (CO2). Para la
ocurrencia de estas reacciones se necesita energía lumínica, la cual es transformada en
energía química por los organismos fotosintéticos.
En la fotosíntesis se producen dos sustancias imprescindibles para los seres vivos del
ecosistema. Una de las sustancias producidas en la fotosíntesis es el oxígeno (O2), que se
libera a la atmósfera. Este gas está íntimamente relacionado con el proceso de respiración
celular que realizan todos los seres vivos aeróbicos. La otra sustancia fundamental
producida en la fotosíntesis es la glucosa (C6H12O6), una molécula de alto valor energético
a partir de la cual se originan otras biomoléculas indispensables para los organismos, como
proteínas, lípidos y otros glúcidos (como el almidón). Estas biomoléculas, derivadas de la
fotosíntesis, son la base de la nutrición de los heterótrofos.
Los organismos fotosintéticos tienen nutrición autótrofa, ya que son capaces de sintetizar
los nutrientes necesarios para sus procesos vitales. Para llevar a cabo este proceso, estos
organismos requieren estructuras especializadas.
En el caso de algas y plantas, el organelo celular en el que se realiza este proceso es el
cloroplasto.
Los cloroplastos se componen de una doble
membrana, en cuyo interior, o estroma, se
encuentran discos membranosos llamados tilacoides,
que al agruparse forman una estructura denominada
grana.
En el interior de los cloroplastos hay un pigmento
fundamental para que la fotosíntesis se lleve a cabo,
llamado clorofila. Otros pigmentos fotosintéticos
importantes son los carotenoides (tonalidades
anaranjadas) y las xantófilas (color amarillo).
En general, se considera que las hojas son el
principal órgano fotosintético de la planta. Sin
embargo, los tallos verdes y los sépalos de las flores
son tejidos fotosintéticamente activos,
debido a que poseen cloroplastos con clorofila.
Ingreso del agua (H2O) y del 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. El dióxido de carbono, que es un gas
presente en la atmósfera, ingresa a través de las hojas por unos poros llamados estomas.
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.
Las células guardianes experimentan cambios en su
forma y volumen determinando así la apertura o cierre
de los estomas. Cuando la concentración de sales al
interior de las células guardianes es mayor que fuera de
estas, el agua ingresa a ellas por osmosis, provocando
que se hinchen y se cierre así el estoma. Por el contrario,
cuando la concentración de sales es mayor fuera de las
células guardianes, el agua sale de estas y el estoma se
abre, permitiendo que el CO2 presente en la atmósfera
ingrese al interior de la hoja.
En condiciones normales, los estomas de la mayoría de
las plantas están abiertos durante el día y cerrados
durante la noche. La salida de agua por los estomas se
denomina transpiración. Es importante mantener
hidratadas las plantas, ya que, cuando la cantidad de agua no es suficiente, los estomas se
cierran, impidiendo la entrada de CO2. Si esta situación se mantiene en el tiempo, la planta
puede morir.
Las plantas de los desiertos son diferentes a las que habitan regiones con climas más
húmedos. Se caracterizan, por ejemplo, por sus hojas, a
veces en forma de espinas, y porque generalmente son
pequeñas. Muchas plantas del desierto son suculentas, es
decir, almacenan agua en sus hojas o raíces. Los cactus
son plantas de este tipo. Para sobrevivir, una planta
suculenta absorbe grandes cantidades de agua en períodos
cortos, por lo que casi todas poseen raíces extensas y
superficiales. Además, las suculentas utilizan el agua de
una forma muy eficiente, por ejemplo, las hojas de la
mayoría de ellas tienen cutículas cerosas que las hacen casi
impermeables cuando sus estomas están cerrados. Por otra
parte, la mayoría de las suculentas poseen hojas espinosas
o tóxicas, por lo que los animales evitan comerlas. Desde
el punto de vista de la fotosíntesis, muchas suculentas abren sus estomas durante la noche y
captan el dióxido de carbono. En el día, mientras los estomas están cerrados, la fotosíntesis
se realiza usando el dióxido de carbono ya incorporado.
Otra adaptación de las plantas del desierto es su capacidad para tolerar largos períodos de
sequía, durante los cuales inactivan sus procesos vitales. Las raíces de los arbustos y
árboles tolerantes a la sequía son muy extensas, y se caracterizan por desarrollarse a mayor
profundidad, lo que les permite absorber el agua almacenada en las capas profundas del
suelo.
Otras plantas son capaces de sobrevivir a las condiciones desfavorables del desierto,
produciendo sus semillas y muriendo antes de la llegada del período más seco. La mayoría
de estas semillas germinan solo cuando ha ocurrido una lluvia intensa, y pueden
permanecer en estado de latencia por períodos de hasta diez años.
Fases de la fotosíntesis
1.-Fase primaria o dependiente de luz
luz
Transportador
de electrones
luz
2 NADPH
Al interior de los
cloroplastos, los
pigmentos fotosintéticos
se organizan formando
H+
Fotosistema I
NADPH+ + H+
fotosistemas, que son
Fotosistema I
unidades que captan
energía lumínica y se
encuentran en la
membrana de los
tilacoides. En cada
fotosistema, la antena,
Cadena de transporte de
2H2O
que es un conjunto de
electrones
pigmentos, absorbe gran
Fotolisis del agua
parte de la energía
+
lumínica, la modifica y la
H
O2 + 4H+
conduce hacia el centro
de reacción, que es donde se encuentra una molécula de clorofila que desencadena el
proceso fotosintético.
Etapas de la fase primaria
a) Las reacciones de la fase dependiente de luz se inician cuando los fotones de 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. Los Fotones son partículas portadoras
de energía electromagnética. Los electrónes son partículas subatómicas de carga eléctrica
negativa, que se ubican en la corteza del átomo.
b) Simultáneamente, debido a la estimulación de la clorofila del centro de reacción, ocurre
la fotólisis 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 hidrógeno (H+). Es importante destacar que el
H+
oxígeno que se produce en la fotosíntesis proviene de las
ATP sintetasa
moléculas de agua.
c) 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.
d) Cuando los iones hidrógeno (H+) atraviesan la enzima
ATP sintetasa, su energía se usa para transformar ADP en
ATP. El ATP, junto con el NADPH, posteriormente serán
+
usados para sintetizar glucosa. El NADPH es una
H
molécula con alta capacidad para captar y ceder electrones. El ATP (adenosín trifosfato), es
una molécula fundamental en los procesos energéticos de los seres vivos. Es un nucleótido
caracterizado por poseer enlaces con un alto valor energético.
2.-Fase secundaria o independiente de luz
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, son utilizadas en las diferentes reacciones
químicas que conducen a la formación de glucosa, proceso que ocurre en el estroma. En el
ciclo de Calvin, a partir de una serie de reacciones químicas sucesivas, se sintetizan
moléculas de glucosa a partir de CO2.
En las reacciones químicas que conforman el ciclo de Calvin participan diversas enzimas.
La más importante de ellas se denomina ribulosa bifosfato (rubisco, en forma abreviada), y
es la enzima que interviene en la reacción en que se capta CO2. Esta enzima es la proteína
más abundante de los vegetales.
Balance en la fotosíntesis
En la fotosíntesis ocurren transformaciones de materia y energía. Desde el punto de vista de
la materia, hay una transformación de sustancias simples e inorgánicas, como el dióxido de
carbono y el agua, en sustancias orgánicas y de mayor complejidad como la glucosa.
Asimismo, la fotólisis del agua permite que se libere oxígeno al ambiente.
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 paredes celulares y de diversos tejidos
que brindan sostén a la planta.
La ecuación química que resume el proceso de fotosíntesis, que es endergónico (utiliza
energía), es:
Energía lumínica
6 CO2 + 6 H2O
C6H12O6 + 6 O2
ACTIVIDAD
I) Formar grupos de 4 alumnos como máximo
II) Contestar en hoja ordenada, sin borrones y con una sola letra.
1.-Defina:
a) nutrición autótrofa
b) tilacoides
c) estroma
d) carotenoides
2.-Explique la importancia de la glucosa para los seres vivos
3.- ¿De qué depende la apertura y el cierre de los estomas? Explica.
4.-Si una planta está en un medio donde el agua escasea, ¿qué ocurrirá con los estomas?,
¿qué importancia tiene esto?
5.-¿Cuáles son las principales adaptaciones de las plantas del desierto?, ¿qué ventajas
representan?
6.-Explica dos de las adaptaciones que poseen las plantas suculentas.
7.- Si una persona utiliza plantas suculentas para un jardín, ¿qué beneficios conllevaría para
el ambiente?
8.- ¿Por qué las plantas suculentas son fundamentales para los ecosistemas del desierto?
9.-¿Qué son los fotosistemas? ¿cuáles son sus componentes?
10.-Haga una síntesis de la etapa primaria de la fotosíntesis
11.-Explique la importancia de cada una de las siguientes moléculas:
a) NADPH
b) ATP
c) ATP sintetasa
d) Rubisco
e) almidón
f) celulosa
12.- Explica si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas. Justifica las falsas.
a) En el ciclo de Calvin ocurre la síntesis de ATP y NADPH.
b) Los estomas son los lugares de las hojas en los que ocurre la fotosíntesis.
c) Un fotosistema está compuesto por el centro de reacción y por los pigmentos
antena.
d) En la fotosíntesis, la fase dependiente de luz se inicia en el fotosistema I.
e) El oxígeno (O2) se forma a partir de la molécula de dióxido de carbono (CO2).
f) La membrana tilacoidal se encuentra ubicada al interior del cloroplasto.
g) La molécula de ATP posee un alto valor energético.
h) La fotosíntesis es un proceso de tipo exergónico.
i) La transpiración consiste en la pérdida de agua por la planta, a través de sus
estomas.