ColegioSanRafaelArcangel
LosÁngeles,Chile
Cs.paralaCiudadania
Prof.LuisTorres
LA MAGIA DE LA FOTOSINTESIS
Descubreelprocesoquedavidaanuestroplaneta
AntoniaAndrade
BarbaraBeroíza
RenataDíaz
PaulaFigueroa
FrancesSandoval
JosefinaUrrutia
MartinaVarela
3. Introducción a la Fotosíntesis
- Explicación general del proceso: ¿Qué es la fotosíntesis?
- Historia del descubrimiento de la fotosíntesis.
4. El Proceso Paso a Paso
- Sección detallada sobre cómo funciona la fotosíntesis.
- Explicación de las fases de la fotosíntesis: fase luminosa y fase oscura.
5. Los Elementos Clave de la Fotosíntesis
- Información sobre la clorofila, el dióxido de carbono, el agua y la luz solar.
6. Efectos de las variables ambientales
- Cómo los elementos ambientales trabajan juntos para sustentar la vida.
8. ¿Qué rol juegan la fotosíntesis y la respiración celular de los ecosistemas?
- Interacción de la fotosíntesis con la respiración celular.
9-10. Comparación entre nutrición autotrofa y heterotrofa.
- Tabla comparativa
11. Evolución de las plantas en condiciones extremas.
- Tipos de plantas según sus condiciones climáticas
12. Cadenas Tróficas: Flujo de materias y energia de ecosistemas
13. Dato curioso sobre la fotosíntesis
La fotosíntesis es el proceso mediante el cual las plantas, algas y algunas bacterias transforman la energía solar en energía química almacenada en moléculas de glucosa. Este proceso ocurre principalmente en las hojas, dentro de los cloroplastos, que contienen un pigmento verde llamado clorofila. La fotosíntesis es fundamental para la vida en la Tierra, ya que produce oxígeno y compuestos orgánicos que sustentan casi toda la cadena alimentaria
En términos generales, la fotosíntesis se divide en dos etapas: las reacciones de luz y el ciclo de Calvin. En las reacciones de luz, la clorofila absorbe la luz solar, lo que provoca la ruptura del agua en oxígeno, protones y electrones. Esto genera ATP y NADPH, compuestos energéticos que alimentan la siguiente etapa. En el ciclo de Calvin, el dióxido de carbono se convierte en glucosa utilizando la energía de las moléculas generadas en las reacciones de luz.
HISTORIA DEL DESCUBRIMIENTO DE LA FOTOSÍNTESIS
El entendimiento de la fotosíntesis fue el resultado de varios descubrimientos. A mediados del siglo XVIII, Joseph Priestley descubrió que las plantas podían purificar el aire al liberar oxígeno. Más tarde, Jan
Ingenhousz, en 1779, observó que las plantas solo producían oxígeno en presencia de luz. En 1845, Julius von Sachs demostró que el proceso de fotosíntesis ocurría en los cloroplastos y que producía almidón.
Finalmente, el científico Melvin Calvin, en los años 50, detalló el ciclo de reacciones químicas que permiten la fijación del carbono, conocido como ciclo de Calvin .
Este proceso es clave para entender cómo las plantas sustentan la vida, ya que son la base de las redes alimenticias y ayudan a regular el oxígeno atmosférico.
PROCESO DETALLADO DE LA FOTOSÍNTESIS
La fotosíntesis se desarrolla en dos fases principales: la fase luminosa y la fase oscura (también conocida como ciclo de Calvin). Estas fases ocurren en diferentes partes del cloroplasto y son esenciales para transformar la energía solar en compuestos orgánicos.
FASE LUMINOSA FASE OSCURA
La fase luminosa ocurre en las membranas de los tilacoides dentro del cloroplasto y depende directamente de la luz solar. Los pasos clave de esta fase son:
• Absorción de la luz: Los pigmentos de clorofila en los fotosistemas II y I absorben fotones de luz, lo que provoca la excitación de electrones.
• División del agua: La energía solar provoca la ruptura de moléculas de agua en oxígeno, protones (H⁺) y electrones. Este oxígeno se libera a la atmósfera.
• Producción de ATP y NADPH: Los electrones excitados se desplazan a través de una cadena de transporte de electrones, lo que genera un gradiente de protones que impulsa la producción de ATP mediante la enzima ATP sintasa. Al final, los electrones reducen NADP⁺ a NADPH, un transportador de electrones rico en energía.
Fase oscura (Ciclo de Calvin)
Esta fase se lleva a cabo en el estroma del cloroplasto y no depende directamente de la luz. Utiliza el ATP y el NADPH producidos en la fase luminosa para fijar el carbono y sintetizar glucosa. Los pasos clave son:
• Fijación del carbono: La enzima rubisco fija el dióxido de carbono al ribulosa-1,5bisfosfato (RuBP), formando una molécula inestable que rápidamente se divide en dos moléculas de 3-fosfoglicerato (3-PGA).
• Reducción: A través de reacciones que consumen ATP y NADPH, el 3-PGA se reduce para formar gliceraldehído-3-fosfato (G3P), el cual se utiliza para formar glucosa y otros carbohidratos.
• Regeneración: Parte del G3P se usa para regenerar RuBP, lo que permite que el ciclo continúe .
ELEMENTOS CLAVES DE LA FOTOSÍNTESIS
La fotosíntesis se basa en varios elementos fundamentales: la clorofila, el dióxido de carbono, el agua y la luz solar. Cada uno de estos componentes cumple una función esencial en el proceso.
1. Clorofila
La clorofila es un pigmento verde que se encuentra en los cloroplastos de las células vegetales. Este pigmento es crucial para la fotosíntesis porque absorbe la luz solar, principalmente en las longitudes de onda azul y roja, y refleja la luz verde, lo que da a las plantas su característico color. La energía absorbida excita los electrones en la clorofila, lo cual inicia el proceso de transformación de energía lumínica en energía química .
3. Agua (H₂O)
El agua es absorbida por las raíces de la planta y transportada hasta las hojas a través del xilema. En la fase luminosa de la fotosíntesis, las moléculas de agua se dividen en oxígeno, protones y electrones. El oxígeno se libera a la atmósfera como un subproducto, mientras que los electrones y protones participan en la generación de ATP y NADPH, que son necesarios para el ciclo de Calvin .
2. Dióxido de carbono (CO₂)
Las plantas obtienen el dióxido de carbono del aire. Este gas entra en la planta a través de pequeñas aberturas en las hojas llamadas estomas. En el ciclo de Calvin, el CO₂ se fija para formar glucosa, que es la fuente de energía y materia prima para el crecimiento de la planta. El dióxido de carbono es esencial en la fase oscura de la fotosíntesis, ya que se incorpora a las moléculas orgánicas gracias a la enzima rubisco
4. Luz solar
La luz solar es la fuente de energía primaria para la fotosíntesis. La energía de la luz es absorbida por la clorofila y utilizada para excitar electrones que generarán energía química en forma de ATP y NADPH. Sin la luz solar, las plantas no podrían realizar la fase luminosa, y la fotosíntesis se detendría .
Efectos de las variables
Ambientales
La fotosíntesis es un proceso complejo influenciado por factores como la luz solar, el agua, la temperatura, el CO2 y los nutrientes. Exploraremos cómo estos elementos trabajan juntos para sustentar la vida vegetal.
Luz: El motor de la vida
La luz solar es el combustible primordial de la fotosíntesis, y su relación con las plantas es compleja. La intensidad lumínica influye en la tasa fotosintética, que aumenta con la intensidad, pero solo hasta un límite. Sorprendentemente, algunas plantas de sombra pueden fotosintetizar con solo el 1% de la luz solar plena. Las plantas prefieren la luz roja y azul, ya que la luz verde es mayormente reflejada. Las luces LED en invernaderos pueden aumentar la productividad hasta un 40% al proporcionar el espectro ideal. La duración de la exposición afecta el ritmo circadiano y la floración de las plantas, y algunas pueden "recordar" la luz del día anterior para ajustar su fotosíntesis anticipadamente
El Termostato de la Fotosíntesis
La temperatura actúa como un termostato de la fotosíntesis, influyendo drásticamente en la velocidad de las reacciones químicas El rango óptimo para la mayoría de las plantas se encuentra generalmente entre 20-30°C. Sin embargo, es asombroso que las plantas árticas puedan realizar fotosíntesis cerca del punto de congelación, incluso a 0°C Las temperaturas extremas presentan riesgos: el calor excesivo puede desnaturalizar enzimas y dañar membranas, mientras que el frío puede ralentizar el metabolismo y formar cristales de hielo dañinos. Además, se estima que el cambio climático podría reducir la fotosíntesis en algunas regiones tropicales hasta en un 30% debido al aumento de temperaturas.
CO2: El ingrediente esencial
El dióxido de carbono es la materia prima fundamental para la producción de glucosa en la fotosíntesis. Su concentración atmosférica es clave, ya que el aumento de CO2 puede incrementar la tasa fotosintética, fenómeno conocido como "fertilización por CO2". Desde 1900, el incremento de CO2 atmosférico ha aumentado la productividad global de las plantas en un 31%. Además, las plantas C4 y CAM poseen adaptaciones especiales para concentrar CO2; algunas plantas C4 pueden lograr concentrar CO2 hasta 50 veces más que la atmósfera en sus células.
Agua: El fluido vital
El agua es crucial en la fotosíntesis, no solo como reactivo, sino también para mantener la turgencia celular y el transporte de nutrientes La disponibilidad hídrica es vital, ya que la escasez de agua provoca el cierre de estomas, reduciendo la absorción de CO2. Un dato asombroso es que un solo árbol grande puede transpirar hasta 400 litros de agua al día durante la fotosíntesis. Para adaptarse a la sequía, algunas plantas desarrollan hojas más pequeñas o cerosas para reducir la pérdida de agua. Además, las plantas CAM del desierto abren sus estomas de noche para absorber CO2, evitando la pérdida de agua durante el caluroso día.
Nutrientes
Los nutrientes son esenciales para la estructura y función de cloroplastos y enzimas en la fotosíntesis. Los macronutrientes, como nitrógeno, fósforo y magnesio, son cruciales para la síntesis de clorofila. La deficiencia de hierro provoca clorosis, donde las hojas se vuelven amarillas y las venas permanecen verdes. También se necesitan micronutrientes, como manganeso y cobre, en pequeñas cantidades. Algunas plantas carnívoras obtienen nutrientes de insectos en suelos pobres.
CADA HOJA ES UN PEQUEÑO LABORATORIO
DONDE LA MAGIA DE LA FOTOSÍNTESIS
CREA LA ENERGÍA QUE SOSTIENE LA VIDA
¿QUÉ ROL JUEGAN LA FOTOSÍNTESIS Y
RESPIRACIÓN CELULAR EN LOS ECOSISTEMAS?
La interacción entre la fotosíntesis y la respiración celular es fundamental para el funcionamiento de los ecosistemas. La fotosíntesis proporciona los nutrientes y el oxígeno necesarios para la vida, mientras que la respiración celular permite a los organismos utilizar esa energía. Juntos, estos procesos aseguran un flujo constante de energía y una regulación adecuada de gases en la atmósfera, vital para la supervivencia del planeta.
FOTOSÍNTESIS
PRODUCCIÓN DE ENERGÍA
La fotosíntesis es la principal fuente de energía para muchos ecosistemas. Las plantas, como productores primarios, capturan la luz solar y la convierten en energía química, que se almacena en forma de glucosa. Esta energía fluye a través de la cadena alimentaria, pasando de los productores a los consumidores (herbívoros y carnívoros). Sin este proceso, no habría base para la vida terrestre, ya que todos los organismos dependen indirectamente de la energía solar.
REGULACIÓN DEL CO2 Y O2
Durante la fotosíntesis, las plantas absorben dióxido de carbono (CO2) y liberan oxígeno (O2) como subproducto. Este intercambio de gases es esencial para mantener el equilibrio atmosférico y sustentar la vida aeróbica. La capacidad de las plantas para fijar carbono ayuda a mitigar el efecto invernadero al reducir las concentraciones de CO2 en la atmósfera.
CICLOS BIOGEOQUIMICOS
La fotosíntesis contribuye a varios ciclos biogeoquímicos. Por ejemplo, el ciclo del carbono se ve directamente afectado por este proceso, ya que las plantas convierten el CO2 atmosférico en compuestos orgánicos, formando así la base de las cadenas tróficas. Además, al liberar oxígeno, las plantas permiten que otros organismos realicen la respiración celular, un proceso esencial para la liberación de energía.
RESPIRACIÓN CELULAR
CONVERSION DE ENERGIA
La respiración celular es el proceso mediante el cual los organismos convierten glucosa y oxígeno en energía utilizable (ATP), liberando dióxido de carbono y agua como subproductos. Este proceso es esencial para todas las formas de vida, ya que proporciona la energía necesaria para las funciones metabólicas.
La ecuación química de la respiración celular es:
C6H12O6+6O2→6CO2+6H2O+ATPC6H12
O6+6O2→6CO2+6H2O+ATP
INTERACCION CON LA FOTOSINTESIS
La respiración celular utiliza los productos de la fotosíntesis. La glucosa producida durante la fotosíntesis se convierte en energía a través de este proceso, mientras que el oxígeno liberado por las plantas es un reactivo esencial para la respiración celular
. Esto establece un ciclo donde los productos de uno son los reactivos del otro, manteniendo así un equilibrio ecológico.
COMPARACION ENTRE NUTRICION
AUTOTROFA Y HETEROTROFA
La nutrición autótrofa y la nutrición heterótrofa son dos formas fundamentales en que los organismos obtienen energía y nutrientes. A continuación, se presenta una comparación detallada entre ambas:
Característica
Definición
Ejemplos de Organismos
Proceso Principal
Nutrición Autótrofa
Proceso mediante el cual los organismos producen su propio alimento a partir de sustancias inorgánicas (como CO2 y agua) utilizando energía solar o química.
Nutrición Heterótrofa
Proceso en el que los organismos obtienen su alimento de otros organismos, ya sean autótrofos o heterótrofos.
Plantas, algas y cianobacterias (organismos fotoautótrofos) y algunas bacterias quimiosintéticas. Animales, hongos, protozoos y muchas bacterias.
Fotosíntesis (en organismos fotoautótrofos) o quimiosíntesis (en algunos microorganismos).
Ingestión, digestión, absorción y excreción de nutrientes.
Tipo de Energía Utilizada
Funciones Metabólicas
Dependencia
Importancia Ecológica
Energía solar (luz) o energía química de compuestos inorgánicos.
Realizan funciones anabólicas para sintetizar compuestos orgánicos.
No dependen de otros organismos para obtener alimento.
Base de la cadena alimentaria; fijan carbono y producen oxígeno.
Energía química de materia orgánica consumida.
Realizan funciones catabólicas para degradar materia orgánica y liberar energía.
Dependientes de otros organismos para obtener nutrientes y energía.
Consumidores que ayudan a descomponer materia orgánica, reciclando nutrientes en el ecosistema.
Ambos tipos de nutrición son esenciales para el funcionamiento de los ecosistemas. La nutrición autótrofa proporciona la base energética mediante la producción de materia orgánica y oxígeno, mientras que la nutrición heterótrofa permite la transferencia de energía a través de las cadenas alimentarias y el reciclaje de nutrientes en el medio ambiente.
Evolución de las plantas en condiciones extremas
Las plantas han desarrollado diversas adaptaciones para realizar la fotosíntesis en condiciones ambientales extremas, como altas temperaturas, baja disponibilidad de agua y suelos salinos. Estas adaptaciones les permiten sobrevivir y prosperar en lugares donde la mayoría de las plantas no podrían.
Plantas xerófitas: Maestras de la conservación del agua 1.
Las xerófitas, como los cactus y las suculentas, han evolucionado características para minimizar la pérdida de agua. Estas incluyen hojas modificadas en espinas, cutículas gruesas y un sistema de raíces extensas.
Muchas xerófitas utilizan un tipo de fotosíntesis conocida como fotosíntesis CAM (Metabolismo Ácido de las Crasuláceas), donde abren sus estomas por la noche para absorber dióxido de carbono, reduciendo así la pérdida de agua durante el día.
2. Plantas halófitas: Adaptándose a suelos salinos
Las halófitas, como la salicornia y el pasto de mar, crecen en suelos salinos y tienen adaptaciones que les permiten sobrevivir en estas condiciones. Suelen acumular sal en sus tejidos o excretarla a través de glándulas.
Estas plantas pueden realizar la fotosíntesis eficientemente a pesar de las condiciones adversas, utilizando el agua y el sodio disponibles en su entorno.
3. Plantas de zonas frías: Supervivientes del frío
En climas fríos, algunas plantas como las coníferas han desarrollado adaptaciones que les permiten realizar la fotosíntesis en condiciones de baja temperatura. Tienen hojas en forma de aguja que reducen la pérdida de agua y evitan el daño por congelación.
Estas plantas son capaces de fotosintetizar a temperaturas más bajas que otras especies, aprovechando la luz solar durante el corto período de crecimiento.
Cactaceae (Cactus)
Jasminum (Jazmín)
Halimione portulacoides (Verdaloga Marina)
Cadenas Tróficas: Flujo de materia y energía en
ecosistemas
Las cadenas tróficas, también conocidas como cadenas alimentarias, son secuencias lineales de organismos en un ecosistema, donde cada uno se alimenta del anterior y sirve de alimento al siguiente. Estas cadenas ilustran las relaciones alimentarias y el flujo de energía entre especies.
Componentesprincipales:
Niveles tróficos:
Productores (autótrofos): Plantas, algas, algunas bacterias
Consumidores primarios (herbívoros)
Consumidores secundarios (carnívoros primarios)
Consumidores terciarios (carnívoros superiores)
Descomponedores: Bacterias y hongos
Redes Tróficas:
Interconexión de múltiples cadenas tróficas en un ecosistema
La transferencia de energía en los ecosistemas es unidireccional, con una eficiencia ecológica de aproximadamente el 10% entre niveles tróficos, lo que implica una pérdida de energía en forma de calor (Segunda Ley de la Termodinámica). Las pirámides ecológicas muestran que la cantidad de organismos y la masa total decrecen en niveles superiores. La longitud de las cadenas tróficas suele ser de 3-4 niveles, aunque en ecosistemas acuáticos pueden ser más largas. Las poblaciones se regulan mediante control de depredadores, donde los depredadores afectan a las presas, y control de recursos, donde la disponibilidad de recursos regula los niveles superiores.
El flujo de energía en los ecosistemas inicia con la energía solar capturada por productores mediante fotosíntesis, con transferencia unidireccional y disipación como calor, sin reciclaje de energía. En contraste, el ciclo de materia implica la circulación cíclica de elementos químicos, donde los descomponedores son esenciales para reciclar nutrientes; la bioacumulación y biomagnificación afectan la concentración de sustancias y toxinas en la cadena. La estabilidad del ecosistema se mantiene mediante el equilibrio entre poblaciones y mecanismos de retroalimentación. Indicadores de salud ambiental y servicios ecosistémicos como la polinización y el control de plagas son vitales. Factores como la disponibilidad de recursos, condiciones ambientales y actividades humanas influyen en las cadenas tróficas, que enfrentan desafíos como el cambio climático, la contaminación, la pérdida de biodiversidad, especies invasoras y la sobreexplotación. Aplicaciones prácticas incluyen la gestión de ecosistemas, la agricultura sostenible, la acuicultura, la biorremediación y el modelado ecológico para predecir impactos ambientales.
¿Sabias
que algunas bacterias también realizan fotosíntesis?
permite a ciertos organismos convertir la luz solar en energía química. Aunque siempre asociamos este proceso principalmente con las plantas, algunas bacterias también tienen la s bacterias son clasificadas principalmente en terias púrpuras
Cianobacterias
Las cianobacterias, a menudo llamadas algas verdeazuladas, son un grupo diverso de microorganismos que pueden real fotosíntesis oxigénica, lo que significa que liberan oxíg subproducto. Se encuentran en ambientes acuáticos y formando biofilmes en suelos, rocas y cuerpos de agua.
Estas bacterias desempeñan un papel crucial en los eco ya que son responsables de la producción de oxígeno y de nitrógeno. También son fundamentales en la forma suelos, ya que contribuyen a la fertilidad del suelo al descomponer materia orgánica.
Las cianobacterias se están investigando por su potencial en la producción de biocombustibles y productos químicos sostenibles, así como en la biorremediación de ambientes contaminados.
Bacterias púrpuras
Estas ba compuesto generar energía. profundos y en sedimentos.
A diferencia de las cianobacterias, las bacterias púrpuras no liberan oxígeno durante la fotosíntesis. Este proceso les permite prosperar en ambientes donde el oxígeno es escaso.
La fotosíntesis no es exclusiva de las plantas; las bacterias también han desarrollado estrategias únicas para captar energía de la luz solar. Comprender estas bacterias es vital para reconocer su papel en el ecosistema y su potencial en la biotecnología
COLEGIO SAN RAFAEL ARCANGEL