Ingreso de energía en el ecosistema 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 Incorporación de energía Proceso desde El ambiente Que permite la Fotosíntesis Incorporación de energía Proceso desde El ambiente Moléculas orgánicas estables al Mundo orgánico Para sintetizar ATP Mediante la Almacenada en Conversión Energía química Energía luminosa en de

Pigmentos fotosintéticos Ocurre gracias a la existencia de La fotosíntesis 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 Dependiente de energía lumínica Independiente de energía lumínica Reacciones Reacciones de captura de energía Reacciones de fijación de carbono ¿Cuándo ocurre? Sólo de día De día y de noche ¿Dónde ocurre? En la membrana de los tilacoides de los cloroplastos donde están los fotosistemas En el estroma del cloroplasto

transferir electrones e iniciar la cadena de reacciones químicas Fotosistemas 2 complejos proteicos Que contienen Pigmentos fotosintéticos (clorofila) 2 componentes Antenas Centro de la reacción Los pigmentos diana son capaces de transferir electrones e iniciar la cadena de reacciones químicas Pigmentos captan energía luminosa para transmitirla al centro de la reacción

Pigmento: CLOROFILA La clorofila es una molécula compleja, formada por cuatro anillos pirrólicos, un átomo de magnesio y una cadena de fitol larga. Pigmentos accesorios:clorofila b, las xantofilas, los carotenos y la ficobilina. son capaces de absorber las longitudes de onda que la clorofila no puede.

Fase dependiente de energía lumínica 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: Se une a la Ribulosa difosfato RuDP (5 carbonos) Molécula inestable de 6 carbonos Formando una El CO2 atmosférico Que luego se separa en Gracias a la enzima 2 moléculas de 3 carbonos Ribulosa bifosfato carboxilasa RUBISCO llamadas Fosfoglicerato PGA

Reducción del CO2 fijado: Se reduce a Con el gasto de ATP y NADPH Gliceraldehído fosfato GAP (2 moléculas) Fosfoglicerato PGA (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 luz-independiente,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: 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. El CO2 ingresa a la hoja Las células guardianes se hinchan Los estomas se abren En un medio hipotónico El agua ingresa por osmosis Las células guardianes se deshinchan Los estomas se cierran En un medio hipertónico El agua sale por osmosis “transpiración” 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. 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: La energía lumínica es conducida por el 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? La tasa fotosintética aumenta progresivamente a medida que aumenta la intensidad lumínica, hasta un valor constante (600 W apróx.) a. Intensidad lumínica.

La tasa fotosintética aumenta a medida que aumenta la temperatura. Además se incrementa la respiración celular donde se utiliza la glucosa. b. Temperatura. ¿Es igual la tasa fotosintética en plantas de origen tropical comparada con la de plantas de clima templado?

c. Disponibilidad de agua y concentración de CO2 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°3 Gráfico n°1 Gráfico n°2 A 30 °C I.L.A Tasa fotosintética A 20 °C I.L.B Intensidad lumínica (watts) Temperatura (°C) Concentración de CO2

1. ¿La temperatura es una variable dependiente o independiente 1. ¿La temperatura es una variable dependiente o independiente? Explica brevemente. 2. ¿La tasa fotosintética es una variable dependiente o independiente? Explica brevemente.

Preguntas tipo PSU 1. ¿Cuál(es) es (son) la(s) consecuencia(s) directa(s) de la destrucción de las granas del cloroplasto? I) No se realizaría la fotólisis del agua. II) Solo se obtendría glucosa como producto final. III) Aumentaría la cantidad de O2 ambiental. A) Solo I B) Solo II C) Solo III D) Solo I y II E) Solo I y III 2. Los productos de la fase luminosa de la fotosíntesis son A) ATP y NADPH B) ATP, NADPH y CO2 C) NADPH, CO2 y O2 D) NADPH, ATP y O2 E) ATP y O2

3. Durante la fotosíntesis se utiliza CO2 para sintetizar compuestos orgánicos. Este proceso solo ocurre I) si la planta ha sido expuesta a la luz. II) en la oscuridad. III) en las membranas internas de los cloroplastos. A) Solo I B) Solo II C) Solo III D) Solo I y III E) I, II y III 4. Al marcarse radioactivamente las moléculas de CO2 que son entregadas a una planta, ¿en qué elementos y estructuras de la planta se pueden detectar? I) En las proteínas. II) En la glucosa. III) En la pared celular. A) Solo I B) Solo II C) Solo III D) Solo I y II E) I, II y III

A) proviene del rompimiento del CO2. 5. El agua con que se riega una planta tiene su oxígeno marcado radiactivamente (18O). Al cabo de un tiempo, al analizar los productos de la reacción fotosintética, podría verificarse que el oxígeno marcado se encontrará en I) el CO2 liberado al medio. II) el aire del ambiente de cultivo. III) el almidón formado. A) Solo I B) Solo II C) Solo III D) Solo II y III E) I, II y III 6. En relación al oxígeno liberado durante la fotosíntesis, es correcto afirmar que A) proviene del rompimiento del CO2. B) proviene de las moléculas de C6H12O6. C) es utilizado en la fabricación de moléculas orgánicas. D) resulta de la fotólisis del agua. E) es utilizado en la fase oscura de la fotosíntesis.

7. ¿Cuál de los siguientes elementos necesita la planta para la fase luminosa de la fotosíntesis? A) CO2 B) Agua C) Azúcar D) ATP E) NADPH 8. En relación con el ciclo del carbono, es INCORRECTO afirmar que A) el CO2 es utilizado por las plantas en la fotosíntesis. B) durante la respiración celular, se libera CO2. C) los descomponedores se encargan de restituir el CO2 al medio ambiente. D) la principal fuente de carbono de nuestro planeta está en la atmósfera. E) el carbono forma parte de las moléculas orgánicas de los seres vivos.

9. Se realizó un experimento en el que se tomó un grupo de células y se las enfrentó a una noxa (partícula extraña y tóxica al organismo o grupos especializados). Otro grupo celular fue cultivado en un medio con alto contenido de puromicina. Ambos grupos celulares fueron incluidos en un medio rico en aminoácidos marcados, con el fin de medir los productos proteicos formados por la radioactividad que ellos emiten. A partir de los resultados obtenidos, se pudo confeccionar el siguiente gráfico. Del análisis del gráfico se puede afirmar que I) la puromicina detiene la síntesis de proteínas. II) la sustancia química noxa estimula la síntesis de proteínas. III) la puromicina ataca el núcleo celular. A) Solo I B) Solo II C) Solo III D) Solo I y II E) Solo II y III

Con respecto al gráfico, la tasa fotosintética representa una variable 10. En la fotosíntesis hay diversos factores que influyen sobre el proceso. Al respecto, el siguiente gráfico representa la relación entre la tasa fotosintética, la intensidad luminosa y la temperatura. Con respecto al gráfico, la tasa fotosintética representa una variable A) independiente. B) intrapolada. C) dependiente. D) no controlada. E) extrapolada.

11. Si la fotosíntesis se detiene a nivel planetario, entonces I) si la respiración de los seres vivos prosiguiera a la tasa actual, la atmósfera quedaría sin oxígeno. II) no se transformaría la energía del Sol en energía disponible para formar nueva materia orgánica. III) la respiración celular reemplazaría a este proceso en la función de intercambio de energía. A) Solo I B) Solo II C) Solo III D) Solo I y II E) Solo II y III

12. Con respecto al ciclo del CO2, es correcto afirmar que I) el exceso de producción de CO2 por actividad humana es controlado por los vegetales fotosintéticos. II) aunque los vegetales fotosintéticos son eficientes, el aumento del uso de combustibles fósiles disminuye su capacidad de regulación. III) las partículas de polvo en suspensión generan el efecto invernadero. A) Solo I B) Solo II C) Solo III D) Solo I y II E) Solo II y III

13. Si se sitúa un grupo de plantas verdes dentro de un ambiente rico en CO2 con el carbono marcado radiactivamente, ¿en qué moléculas se esperaría encontrar la marca al interior del cuerpo vegetal? A) Oxígeno B) Dióxido de carbono C) Glucosa D) Agua E) Sales minerales

14. Los fotosistemas tienen la misión de A) transportar electrones entre los fotosistemas I y II. B) generar sustancias de gran poder reductor como el NADPH. C) capturar la energía solar para lograr concentrarla en la clorofila. D) conectar los tilacoides dentro de un cloroplasto. E) producir ATP a partir de la excitación por la luz solar.

Respuestas de las alternativas: Numero Alternativa 1 A 2 D 3 4 E 5 B 6 7 8 9 10 C 11 12 13 14 15

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?