FLUJO Y PROCESAMIENTO DE ENERGÍA Y MATERIA EN LOS SISTEMAS BIOLÓGICOS

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1 FLUJO Y PROCESAMIENTO DE ENERGÍA Y MATERIA EN LOS SISTEMAS BIOLÓGICOS
ECOSISTEMAS FLUJO Y PROCESAMIENTO DE ENERGÍA Y MATERIA EN LOS SISTEMAS BIOLÓGICOS

2 Flujo de materia y energía
Los seres vivos son sistemas abiertos termodinámicamente, y como tales necesitan continuamente del aporte de energía y materia para mantener su estructura y organización.

3 Biotopo y biocenosis Todos los organismos de una cadena trófica en un ecosistema constituyen la biocenosis. Por otro lado el biotopo es el espacio físico, natural y limitado donde vive la biocenosis. Materia Energía * La energía en los ecosistemas es relativamente escasa, especialmente en los niveles superiores de las cadenas *

4 Seres vivos como sistemas termodinámicamente abiertos
Sistema: conjunto de partes que están conectados y trabajan juntos en pos de un objetivo en común. Ejemplo: la tierra está cubierta de materia viva e inerte que interactúan formando sistemas, también llamados ecosistemas.

5 Tipos de sistemas SISTEMA CERRADO: aquel que no intercambia energía con el medio. SISTEMA ABIERTO: aquel que interactúa con el medio SISTEMA AISLADO: aquel que no intercambia ni materia ni energía.

6 Sistema abierto Intercambia materia y energía con el exterior. Todos los sistemas biológicos son sistemas abiertos, para mantenerse vivo el sistema debe tomar energía y materia del exterior, también debe liberar energía (calor) que se genera en los procesos químicos como la respiración. Ejemplos: Una planta que esta constituida por células las que deben nutrirse, relacionarse y reproducirse Bosque, pecera, rio o ciudad. Así en una ciudad entra energía y materia prima y sale energía en forma de calor y materiales en forma de desechos .

7 SISTEMA CERRADO Solo intercambian energía con el exterior y no intercambian materia. Ejemplo La tierra es considerada como un sistema que recibe energía pero no intercambia materia con el exterior.

8 Sistema aislado No intercambia ni materia, ni energía con su entorno.
Ejemplo Sistema Solar

9 La energía de los sistemas
Todos los sistemas deben cumplir las leyes de la termodinámica 1° Ley: Principio de la conservación de la energía: La energía ni se crea ni destruye, solo se transforma. En cualquier sistema la energía que entra será igual a la energía almacenada mas la energía que sale.

10 La 2° Ley dice que cualquier sistema tiende espontáneamente a un estado de máximo desorden (aumenta la entropía del sistema) La entropía es una medida del desorden de un sistema. En los sistemas vivos, la biosfera o el sistema Tierra que poseen un orden elevado la entropía es baja y la energía esta mas concentrada Por el contrario, en sistemas desordenados la energía esta muy dispersa y la entropía es elevada. Esta energía se disipa en forma de calor y no puede utilizarse para realizar trabajo

11 Los seres vivos van en contra de la 2° ley de la termodinámica ya que mantienen su organización y su elevada complejidad degradando azucares en la respiración, con lo que expulsan al entorno desorden (entropía) moléculas simples (oxigeno, dióxido de carbono, vapor de agua) y calor (energía).

12 Fuentes de energía Oblicuo Perpendicular Oblicuo

13 Incidencia de los haces de luz
La incidencia de los haces de luz sobre el plano perpendicular de la Tierra (regiones cercanas a la línea del ecuador), determina que esa zona del planeta reciba una mayor cantidad de energía por unidad de superficie, y por ende mayor temperatura en comparación con la incidencia sobre otros planos no perpendiculares (ej. Arica temperatura constante y cálida, en regiones mas alejadas las estaciones del año son mas marcadas, como en Santiago) Hacia los polos, el grado de incidencia de los rayos solares es oblicuo, por lo que la cantidad de energía que reciben por unidad de superficie es mínimo, motivo por el cual Punta Arenas es mas frio.

14 Distribución de los ecosistemas en el planeta
Los diferentes ecosistemas se generan por los cinturones de corrientes de aire que circulan alrededor del planeta y que provocan patrones de vientos y precipitaciones. Ej. Los desiertos son característicos de las masas de aire seco que descienden procedentes del ecuador. Las regiones con altas precipitaciones se deben a masas de aire que ascienden y liberan el agua que contienen.

15 Rayos solares y origen de los climas

16 Corrientes oceánicas

17 Origen de los climas La radiación solar, que llega a la superficie terrestre, varía según la latitud (a mayor distancia de la línea ecuatorial menor radiación) y la altura sobre el nivel del mar (a más altura más radiación)

18 Ecosistemas y energía solar
La más grande contribución de energía proviene del Sol con algunas excepciones evolutivas…

19 Ecosistemas sin energía solar
Humo rico en sulfuros 350°C Quimiotróficos Chimenea formada de sulfuros de fierro, zinc, cobre Agua rica en sulfuros

20 Materia disponible O C H N Ca P K O Si Al Fe Ca Na K H He O C Fe Ne N
Seres vivos O C H N Ca P K % 65,0 18,5 9,5 3,3 1,5 1,0 0,2 Corteza terrestre O Si Al Fe Ca Na K % 49,5 25,7 7,5 4,7 3,4 2,6 2,4 Universo H He O C Fe Ne N % 73,9 23,9 1,07 0,46 0,19 0,18 0,11 La materia componente de los seres vivos proviene de elementos surgidos durante el enfriamiento de la Tierra y que no son los más abundantes en la corteza terrestre.

21 Materia reutilizable La constante utilización de los elementos en la
mantención de la vida desde su origen hace de años implica su constante reutilización, reflejada en los ciclos biogeoquímicos.

22 Ciclos biogeoquímicos
Carbono Nitrógeno

23 Acción del ser humano Puesto que el ser humano tiene una determinada posición en las cadenas tróficas sufre de las mismas restricciones respecto a la limitación de las fuentes energéticas. Por lo cual, ha inventado formas de intervenir en los sistemas para aumentar su fuente de entradas a través de cultivo y ganadería y disminuir las pérdidas, economizando y distribuyendo mejor los recursos.

24 Ganadería y agricultura

25 Consecuencias Toda intervención en los ecosistemas tiene una consecuencia que ha sido advertida hace ya unos 40 años. Se debe considerar que el estudio de la desforestación es sólo un ejemplo de intervención humana dentro de muchos otros.

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27 Actividad Completa las siguientes oraciones:
La energía que necesitan los seres vivos proviene del_________. Ésta es utilizada por las _______, para fabricar su_______. La energía ________ de un ser vivo a otro, a través de las _________ ________, que están constituidas por organismos __________, ____________ y ___________. Algunos elementos vitales para la vida en la Tierra son el _________ y el ________, los cuales se reciclan a través de los ________ _____________.

28 Analiza el esquema y responde las preguntas.
¿Qué es un ecosistema? ¿Cuáles son los componentes físicos de un ecosistema? ¿Cuáles son los componentes biológicos de un ecosistema? Indica a lo menos 3 funciones del biotopo ¿Qué sucedería si la biocenosis no interactuara con el biotopo?

29 Ecosistemas y energía

30 Flujo de materia y energía
Según la materia que los organismos utilizan como materia prima, estos se clasifican en autótrofos (CO2 como fuente) y heterótrofos (materia orgánica como fuente) Según la fuente de energía los seres vivos pueden ser fotótrofos y quimiótrofos

31 Clasificación Quimio autótrofos: utilizan compuestos orgánicos reducidos como fuente de E y el CO2 como fuente de materia. Foto autótrofos: utilizan luz como fuente de E y el CO2 como fuente de materia.

32 Clasificación Foto heterótrofos: utilizan luz como fuente de E y compuestos orgánicos como fuente de materia. Quimio heterótrofos: utilizan un compuesto orgánico como fuente de materia y, a su vez, este es la fuente de energía.

33 Comparación entre quimio y foto autótrofos

34 Cadenas tróficas Relaciones de alimentación que se establecen entre los diferentes tipos de organismos presentes en la biocenosis. En las cadenas tróficas convergen los flujos de materia y energía.

35 BIOCENOSIS Productores Consumidores Descomponedores

36 Clasificación de los organismos

37 Productores Los productores primarios son los organismos que hacen entrar la energía en los ecosistemas. Los principales productores primarios son las plantas verdes terrestres y acuáticas, incluidas las algas, y algunas bacterias. Forman el 99,9% en peso de los seres vivos de la biosfera

38 Fotosíntesis y Respiración
La fotosíntesis es el proceso por el que se capta la energía luminosa que procede del sol y se convierte en energía química. Con esta energía el CO2, el agua y los nitratos que las plantas absorben reaccionan sintetizando las moléculas de carbohidratos (glucosa, almidón, celulosa, etc.), lípidos (aceites, vitaminas, etc.), proteínas y ácidos nucleicos (ADN y ARN) que forman las estructuras vivas de la planta.

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40 Respiración Las plantas crecen y se desarrollan gracias a la fotosíntesis, pero respiran en los periodos en los que no pueden obtener energía por fotosíntesis porque no hay luz o porque tienen que mantener los estomas cerrados. En la respiración se oxidan las moléculas orgánicas con oxígeno del aire para obtener la energía necesaria para los procesos vitales. En este proceso se consume O2 y se desprende CO2 y agua, por lo que, en cierta forma, es lo contrario de la fotosíntesis que toma CO2 y agua desprendiendo O2.  

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42 La fotosíntesis se produce en los cloroplastos y su reacción global es: 6 CO2 + 6 H2O + E. luminosa = C6H12O6 + 6 O2

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45 En la primera etapa de la fotosíntesis, la luz es absorbida por la clorofila, compactadas de un modo especial en las membranas de los tilacoides. Los electrones son lanzados a niveles energéticos superiores, y, en una serie de reacciones, su energía es usada para formar ATP a partir de ADP y para reducir una molécula transportadora de electrones conocida como NADP+. El NADP+ es muy semejante al NAD+ y también se reduce por la adición de dos electrones y de un protón, formando NADPH.

46 En una segunda fase la energía química contenida en el ATP y el NADPH es utilizada para reducir moléculas de CO2 hasta gliceraldehido, a partir del cual se sintetizan las distintas moléculas orgánicas, principalmente glucosa. Con la glucosa se forma almidón, celulosa y otros carbohidratos esenciales en la constitución de las plantas

47 La respiración se realiza en las mitocondrias con una reacción global: C6H12O6 + 6 O2 ó 6 CO2 + 6 H2O + Energía La energía desprendida en esta reacción queda almacenada en ATP y NADH que la célula puede utilizar para cualquier proceso en el que necesite energía.