Clase Fotosíntesis. Incorporación de materia y energía al ecosistema PPTCTC022TC31-A16V1

Resumen de la clase anterior CLONACIÓN Multiplicación celular sin variabilidadFuente de variabilidad genética GénicasCromosómicas Sustitución Deleción Tipos de mutaciones CÁNCER MUTACIONES Adición Estructurales Numéricas Oncogenes

Aprendizajes esperados Explicar el proceso de fotosíntesis en términos de aprovechamiento de la energía solar. Describir las etapas de la fotosíntesis y los factores que influyen en el proceso. Relacionar el ciclo del carbono con los procesos de fotosíntesis y Respiración celular. Páginas del libro desde la página 249 a la 255.

Un animal que hace fotosíntesis… Un equipo estadounidense de la Universidad del sur de Florida y de Maryland College Park han evidenciado que un animal, la babosa marina Elysia chlorotica puede realizar fotosíntesis como las plantas o bacterias fotosintéticas. ¿Cómo es posible que este animal realice fotosíntesis? Se ha visto que los cromosomas de esta babosa tienen genes procedentes de las algas que come. La babosa incluye en su organismo cloroplastos del alga Vaucheria litorea.

Un animal que hace fotosíntesis… La babosa roba cloroplastos del alga de la que se alimenta y los incorpora a sus células. Los cloroplastos dentro de la babosa siguen realizando fotosíntesis por aproximadamente 9 meses o un año. Los genes del alga que hay en los cromosomas de la babosa permiten la síntesis de una enzima esencial en el funcionamiento de los cloroplastos. Se ha visto que los genes que permiten el funcionamiento de los cloroplastos dentro de la babosa, se traspasan de una generación a otra, pero las nuevas babosas deben incorporar sus propios cloroplastos al alimentarse del alga. Video de babosa alimentándose del alga:

1.Naturaleza de la luz 2.Pigmentos fotosintéticos 3.Fotosíntesis 4.Respiración celular y fotosíntesis 5.Factores que afectan la fotosíntesis.

1. Naturaleza de la luz 1.1 Concepto Foto proviene del griego y significa “luz”, síntesis “composición”. Es la transformación de la materia inorgánica en orgánica, gracias a la participación de la energía que proviene de la luz, la cual se transforma en energía química (ATP), que luego se usará para formar compuestos orgánicos estables. Ecuación general MATERIA INORGÁNICAMATERIA ORGÁNICA

1. Naturaleza de la luz 1.2 Radiación electromagnética La luz se comporta como una onda y como una partícula. La luz visible es una parte muy pequeña de un espectro continuo de radiación, el espectro de radiación electromagnética.

1. Naturaleza de la luz 1.2 Radiación electromagnética Si la luz blanca se hace pasar por un prisma, esta se descompone en todo el espectro de luz visible, que va de 400 (luz violeta) a 700 nanómetros (luz roja).

2. Pigmentos fotosintéticos 2.1 Pigmentos Los pigmentos son moléculas que absorben luz en una cierta longitud de onda, reflejando las longitudes de onda que no absorben. El principal pigmento de la fotosíntesis es la clorofila.

2. Pigmentos fotosintéticos 2.1 Pigmentos Los pigmentos de plantas y algas absorben luz a distintas longitudes de onda. Algunos de los pigmentos fotosintéticos son: Ficocianinas: pigmento en algas azul-verdosas. Ficoeritrinas: pigmento rojo en cianobacterias y algas rojas (en hongos también junto con ficocianinas). Caroteno y xantófilas: grupo de pigmentos de color amarillo, anaranjado, rojo, y café en vegetales. ¿Por qué en otoño las hojas de la mayoría de las plantas se tornan anaranjadas o café?

2. Pigmentos fotosintéticos 2.1 Pigmentos Los máximos de absorción de la clorofila se encuentran en la longitud de onda de 400 a 450 nm (color azul) y en 650 a 700 nm (color rojo). La longitud de onda que refleja es el color verde. ¿Hay fotosíntesis si exponemos una planta a luz ultravioleta?

El siguiente gráfico muestra los diferentes pigmentos fotosintéticos y su capacidad de absorción en cada longitud de onda. Ejercicio 3 “Guía del alumno” Ejercicio 3 “Guía del alumno” MTP La clorofila absorbe longitudes de onda violeta, azul, anaranjado-rojizo, rojo y pocas radiaciones de las longitudes de onda intermedias (verde-amarillo- anaranjado) y los carotenoides absorben longitudes de onda azul. Con respecto al gráfico, es correcto inferir que I) las clorofilas y los carotenoides absorben principalmente energía con longitudes de onda corta. II) los pigmentos accesorios captan energía con las mismas longitudes de ondas que la clorofila. III) los pigmentos fotosintéticos captan la energía de todo el espectro electromagnético. A) Solo I D) Solo I y III B) Solo II E) I, II y III C) Solo III Existen diferentes tipos de pigmentos: los fotosintéticos (tipos de clorofila) y los accesorios (ayudan a la clorofila), que absorben diferentes longitudes de ondas de la luz blanca.  Los pigmentos absorben diferentes longitudes de onda de la luz blanca que corresponde a una parte del espectro electromagnético. ALTERNATIVA CORRECTA A ASE 

2. Pigmentos fotosintéticos 2.2 Cloroplastos Los cloroplastos son organelos abundantes (50 a 60 por célula), donde se produce la fotosíntesis, distinguiéndose las membranas tilacoidales, donde se encuentran los fotosistemas I y II. Grana

3. Fotosíntesis 3.1 Fases de la fotosíntesis El proceso consta de dos partes: Fase dependiente de luz o luminosa, en los tilacoides Fase independiente de luz u oscura, en el estroma

Fotólisis del agua Centro de Reacción Clorofila Luz Aceptor Primario de Electrón Generación de energía Cadena transportadora de electrones Centro de Reacción Clorofila Aceptor Primario de Electrón Producción de NADPH Luz NADP  Fotosistema II Fotosistema I ¿Hacia donde va el O 2 liberado en la fotolisis del H 2 O? 3. Fotosíntesis 3.2 Fase dependiente de la luz H+ ¿Cuál es la función de la clorofila en este proceso?

3. Fotosíntesis 3.3 Fase independiente de la luz ¿Cuál es la enzima clave en el proceso de fijación de CO 2 ?

3. Fotosíntesis 3.4 Resumen de la fotosíntesis Fase dependiente de luzFase independiente de luz Lugar donde se realiza En la membrana de los tilacoides. En el estroma de los cloroplastos. Elementos requeridos (reactantes) Agua, luz solar, pigmentos y coenzima NADP. ATP, NADPH y CO 2 Productos ATP, O 2 y NADPH.Glucosa y otras moléculas orgánicas como lípidos y proteínas. Resumen del proceso Durante esta fase se produce la fotólisis del agua, fotofosforilación para la formación de ATP, fotoxidación de los fotopigmentos y fotorreducción del NADP +. Durante esta fase se forma glucosa gracias a la fijación de CO 2, y a la utilización de ATP y NADPH.

En la molécula de glucosa no se incorporan átomos de oxígeno provenientes de las moléculas de agua, sino del CO 2. El agua con que se riega una planta tiene el isótopo pesado de oxígeno ( 18 O). Al cabo de un tiempo, al analizar los productos de la reacción fotosintética, podría verificarse que el 18 O se encontrará en el I) CO 2 liberado al medio. II) aire del ambiente. III) almidón formado. Es (son) correcta(s) A) solo I. D) solo II y III. B) solo II. E) I, II y III. C) solo III. Ejercicio 7 “Guía del alumno” Ejercicio 7 “Guía del alumno” ALTERNATIVA CORRECTA B Aplicación MC El agua es un reactante de la fase clara, que a nivel del fotosistema II se rompe por acción de la luz (fotólisis), dando como resultado protones (H + ), que se acumulan en el interior del tilacoide, generando un gradiente electroquímico que proporciona la energía para la síntesis de ATP, y oxígeno que se libera a la atmósfera.  El CO 2 es un reactante utilizado en la fase oscura, por lo que no se espera que el oxígeno que forma parte del agua aparezca en este compuesto. 

4. Respiración celular y Fotosíntesis 4.1 Relación entre los procesos En el proceso de fotosíntesis, a partir de CO 2 y H 2 O, las plantas obtienen moléculas orgánicas, especialmente glucosa; en el proceso se libera O 2. La glucosa y el O 2 son utilizados por la célula en la respiración celular para obtener energía en forma de ATP, que será utilizado en funciones celulares, liberándose como desechos el CO 2 y H 2 O.

Ejercicio 10 “Guía del alumno” Ejercicio 10 “Guía del alumno” MC La fotosíntesis requiere energía, que es aportada por la energía solar, la respiración celular aporta energía para el funcionamiento del organismo  En el esquema se representa la relación que existe entre la fotosíntesis y la respiración celular dentro de una célula vegetal: En relación con el esquema, es correcto afirmar que I) en la respiración celular los reactantes son los productos de la fotosíntesis. II) la fotosíntesis elabora moléculas orgánicas y la respiración libera su energía. III) la fotosíntesis requiere energía que es aportada por la respiración celular. A) Solo I B) Solo II C) Solo I y II D) Solo II y III E) I, II y III ALTERNATIVA CORRECTA C ASE La materia orgánica degradada en la respiración celular, para liberar su energía química, está compuesta fundamentalmente de azúcares procedentes de la fotosíntesis.

5. Factores que afectan a la fotosíntesis 5.1 Factores internos Son aquellos propios de las plantas y que hacen variar la tasa fotosintética: Presencia de estomas Pigmentos Contenido de agua Estoma H2OH2O CO 2 ¿Por qué una planta puede morir por exceso de agua?

5. Factores que afectan a la fotosíntesis 5.2 Factores externos Temperatura: en términos generales, la temperatura entre 10 y 35 ºC es la óptima para la mayoría de las plantas. La tasa fotosintética cae notablemente en temperaturas cercanas a los 60 ºC. ¿Por qué se produce un descenso de la fotosíntesis superada la temperatura óptima?

5. Factores que afectan a la fotosíntesis 5.2 Factores externos Intensidad de la luz: las plantas que reciben menos luz, realizan menos fotosíntesis que las que están a la luz. Sin embargo, la relación no es directamente proporcional. ¿Por qué la relación entre la intensidad de luz y la tasa fotosintética no es directamente proporcional?

5. Factores que afectan a la fotosíntesis 5.2 Factores externos Concentración de CO 2 : el CO 2 es la molécula utilizada por las plantas para producir diversas moléculas orgánicas. La falta de él disminuye la productividad y en exceso el proceso de fotosíntesis se satura, ya que depende de la acción de enzimas. Años El aumento en la concentración de CO 2 a nivel planetario, está asociado a un aumento de la temperatura. Rango de saturación para la mayoría de las plantas. Concentración de CO 2 (ppm) Tasa fotosintética Nivel de CO 2 ambiente

Ejercicio 19 “Guía del alumno” MTP El siguiente gráfico representa el efecto de la intensidad lumínica en la actividad fotosintética de 4 tipos diferentes de plantas. Del análisis del gráfico, es correcto inferir que I) la intensidad lumínica no es un factor que afecte el rendimiento fotosintético de los musgos. II) todas las plantas presentan rangos similares de intensidad lumínica óptima. III) el maíz y el trigo son plantas adaptadas a ambientes con alta intensidad lumínica, donde su actividad fotosintética responde bien. A) Solo I D) Solo I y III B) Solo II E) I, II y III C) Solo III Los musgos están adaptados a climas húmedos, con baja temperatura y con poca disponibilidad de luz, por lo que un aumento de la intensidad lumínica no afecta su actividad fotosintética. En el gráfico podemos ver que dicho óptimo depende de la especie, siendo a mayor intensidad lumínica para maíz y trigo, y a menor intensidad para la haya, mientras que no se puede distinguir un óptimo para el musgo.  En el caso del maíz y el trigo, su alto rendimiento fotosintético a altas intensidades de luz, sugiere que son plantas adaptadas a ambientes donde hay altos niveles de intensidad lumínica, lo que estas especies aprovechan alcanzando altas tasas de fotosíntesis y probablemente alta tasa de crecimiento. ALTERNATIVA CORRECTA C Comprensión 

Melvin Calvin y sus colaboradores identificaron gran parte de las reacciones implicadas en la asimilación fotoquímica del carbono que realizan los organismos fotosintéticos. Calvin tenía un gran interés por el estudio del comportamiento de las moléculas orgánicas y también por la utilización del carbono-14 como isótopo radiactivo, método ideado por él. Este científico y su equipo utilizaron un alga verde unicelular, llamada Chlorella pyrenoidosa, a la cual se le permitió absorber CO2 enriquecido en carbono radiactivo (carbono-14), para luego medir los compuestos radiactivos presentes en diversas etapas del crecimiento de esta alga, separándolos por cromatografía sobre papel e identificando con una autoradiografía cada compuesto. De esta forma, identificó gran parte de las reacciones implicadas en la reducción del carbono del CO2 durante la fotosíntesis. ¿Cuál de las siguientes etapas del método científico se hace explícita en el párrafo anterior? A) Hipótesis. B) Observación. C) Experimentación. D) Análisis de conclusiones. E) Pregunta de investigación. Ejercicio HPC Nº9  ALTERNATIVA CORRECTA C Comprensión En el párrafo se describen los pasos seguidos por Calvin y sus colaboradores para identificar los compuestos y reacciones químicas implicadas en la fotosíntesis. Corresponde a la descripción de un procedimiento experimental y a la etapa de experimentación del método científico.    Habilidad de pensamiento científico: Identificación de teorías y marcos conceptuales, problemas, hipótesis, procedimientos experimentales, inferencias y conclusiones, en investigaciones científicas clásicas o contemporáneas.

El gráfico muestra la tasa fotosintética en función de la temperatura en dos niveles de intensidad lumínica: Respecto del gráfico, es correcto afirmar que A) en el intervalo 0–1, la tasa fotosintética es la misma a ambas intensidades lumínicas. B) en el intervalo 0–2, la tasa fotosintética es mayor con intensidad lumínica baja. C) la tasa fotosintética con intensidad lumínica baja es independiente de la temperatura hasta el punto 2. D) la tasa fotosintética con intensidad lumínica alta es independiente de la temperatura. E) la tasa fotosintética con intensidad lumínica alta aumenta en forma constante en función de la temperatura. Pregunta oficial PSU ALTERNATIVA CORRECTA C ASE Fuente : DEMRE - U. DE CHILE, Admisión PSU 2011.

Tabla de corrección ÍtemAlternativaUnidad temáticaHabilidad 1 E Ecosistema Reconocimiento 2 D Ecosistema Comprensión 3 A Ecosistema ASE 4 E Ecosistema Reconocimiento 5 E Ecosistema Comprensión 6 A Ecosistema Comprensión 7 B Ecosistema Aplicación 8 D Ecosistema Aplicación 9 C Ecosistema Comprensión 10 C Ecosistema ASE

Tabla de corrección ÍtemAlternativa Unidad temáticaHabilidad 11C Ecosistema Comprensión 12E Ecosistema Aplicación 13E Ecosistema Comprensión 14C Ecosistema ASE 15C Ecosistema Comprensión 16D Ecosistema Comprensión 17E Ecosistema ASE 18E Ecosistema ASE 19D Ecosistema ASE 20A Ecosistema ASE

Vegetales y cianobacterias aprovechan… a través de… implica… Aprovechamiento de la energía solar, que queda retenida como un compuesto orgánico. ocurre en fases… Energía luminosa Sin participación de la luz utiliza… produce… utiliza… La energía solar La fotosíntesis Fase clara Fase oscura Agua, NADP + y ADP O 2, NADPH y ATP CO 2, NADPH y ATP Glucosa, NADP + y ADP Síntesis de la clase

Prepara tu próxima clase En la próxima sesión, estudiaremos Cadenas y tramas alimentarias. Ciclos biogeoquímicos

ESTE MATERIAL SE ENCUENTRA PROTEGIDO POR EL REGISTRO DE PROPIEDAD INTELECTUAL. Equipo Editorial Área Ciencias: Biología