SOLUCIONARIO GUA ESTNDAR ANUAL:

Fotosntesis. Incorporacin de energa al ecosistema.

SGUCANCBBLA03026V2

SOLUCIONARIO GUA

FOTOSNTESIS. INCORPORACIN DE ENERGA AL ECOSISTEMA.

1. Indica las principales caractersticas de la luz.

La luz es una radiacin que se propaga en forma de ondas. Las ondas que se pueden propagar en el vaco se llaman ondas electromagnticas.

La luz visible corresponde a una pequea porcin de una gran familia de ondas electromagnticas, que incluye a las ondas de radio, las microondas, los rayos X, etc.

La energa transportada por las ondas es proporcional a su frecuencia, de modo que cuanto mayor es la frecuencia de la onda, mayor es su energa.

Las ondas electromagnticas se clasifican segn su frecuencia como puede verse en el siguiente diagrama.

2. Qu es el espectro electromagntico?

El espectro electromagntico es una gama continua de ondas que va desde las ondas de radio hasta los rayos gamma, pasando por la luz visible, que es la que participa en la fotosntesis.

3. Cmo se denomina la zona del espectro electromagntico, utilizada por las plantas para realizar la fotosntesis?

Se conoce como luz visible o espectro de luz visible.

Se denomina espectro de luz visible a la regin del espectro electromagntico que el ojo humano es capaz de percibir. No hay lmites exactos en el espectro visible; un tpico ojo humano responder a longitudes de onda desde 400 a 700 nm aunque algunas personas pueden ser capaces de percibir longitudes de onda desde 380 a 780 nm.

4. Qu es un pigmento?

Un pigmento es una sustancia que es capaz de absorber una determinada longitud de onda (color) del espectro visible y reflejar otra longitud de onda que se aprecia como el color. Por ejemplo, la clorofila absorbe en la regin del rojo y azul y refleja en la del verde, que es el color que percibimos de la ella.

5. Qu es un fotosistema?

Es un conjunto organizado de pigmentos.

Cada fotosistema est formado por un complejo antena que rene todas las clases de pigmentos vegetales. Adems, existe otra regin llamada centro de reaccin, donde se encuentra la clorofila a.

Cuando el fotosistema es excitado por la luz el complejo antena recoge esta energa y la conduce de manera focalizada hacia el centro de reaccin, como en un embudo. Posteriormente el fotosistema sufre la prdida de dos electrones, es decir, se oxida.

Etapas o fases de la Fotosntesis

1.Fase dependiente de la luz o fase luminosa.

La fase dependiente de la luz ocurre en la membrana del tilacoide del cloroplasto.

1.1Basndote en las diapositivas del PPT de la clase y en lo explicado por tu profesor(a), indica los principales eventos ocurridos durante la fase dependiente de la luz.

La fase luminosa tambin llamada fase clara de la fotosntesis, ocurre en la membrana del tilacoide del cloroplasto.

Los reactantes de la fase clara son: El agua, la energa solar, la coenzima NADP+

y el ADP.

Uno de los productos de la fase clara es el oxgeno, que proviene del rompimiento de la molcula de agua (fotolisis del agua).

La fase dependiente de la luz consiste en una transferencia de electrones a travs de una cadena transportadora que se inicia en la clorofila del centro de reaccin del fotosistema II, que es excitada por la energa luminosa y como consecuencia libera electrones. Dichos electrones sern transferidos a diferentes aceptores hasta llegar al fotosistema I, cuya clorofila es igualmente excitada por la luz y cede sus electrones, en ltimo trmino, la coenzima NADP+ los acepta a la vez que capta protones del estroma para dar lugar a NADPH. Los electrones que pierde el fotosistema I son continuamente repuestos, por los que le llegan del fotosistema II, mientras que los que este ltimo pierde son repuestos por molculas de H2O, que al escindirse (fotlisis del agua) cede sus electrones, libera O2 al exterior, y H+, que se acumulan en el interior del tilacoide.

Junto con estos se acumulan ms protones, que son impulsados desde el estroma por la energa liberada en la cadena de transporte electrnico, de modo que se crea un gradiente de protones que posteriormente saldrn del tilacoide por la nica va posible: las ATP-sintetasas dispuestas en la membrana de forma que acoplan la salida de los protones con la fosforilacin del ADP para formar ATP.

Por lo tanto, se producen diversas reacciones qumicas, tales como:

Excitacin Fotoqumica de la Clorofila (Fotoexcitacin de los fotosistemas). La energa luminosa altera o excita ciertos electrones de la molcula de clorofila y estos son transferidos a molculas aceptoras de electrones. Gracias a esto, las molculas de clorofila se oxidan.

Fotooxidacin del H2O (fotlisis). La molcula de agua se rompe y libera O2, electrones y protones (H+).

Fotorreduccin del NADP+. Este capta los electrones desprendidos de la clorofila y los protones provenientes del agua, la cual forma NADPH (el cual es utilizado en la etapa independiente de la luz).

Fotofosforilacin del ADP. Formacin del ATP a partir del ADP + P + Energa Liberada en el salto de electrones de la oxidacin de las molculas de clorofila.

2.Fase independiente de la luz o fase oscura.

La fase oscura tiene como objetivo fijar las molculas de CO2 en forma de compuestos orgnicos como la glucosa (hexosa) u otros. Esta fase ocurre en el estroma del cloroplasto.

Es la fase en la que se emplean el ATP y los NADPH, que se han obtenido en la fase luminosa para sintetizar molculas orgnicas a partir del CO2 atmosfrico. Esta sntesis se realiza mediante un proceso cclico conocido como Ciclo de Calvin, que consta de dos fases principales:

Fijacin del CO2 gracias a la accin de la enzima, que lo une a la ribulosa-1,5-difosfato (azcar de 5 carbonos).

Reduccin del CO2 fijado, mediante el consumo del ATP y el NADPH, hasta gliceraldehido-3-fosfato, que puede utilizarse para regenerar la ribulosa-1,5-difosfato o para la sntesis de almidn en el estroma y de glucosa en el citosol.

Basndote en la siguiente imagen (imagen de la gua), completa el cuadro que a continuacin se presenta

Fase dependiente de la luz Fase independiente de la luz

Lugar donde se realiza

Membrana de los Tilacoides. Estroma del cloroplasto.

Elementos requeridos (reactantes).

Agua, Luz solar, fotosistemas I y II, coenzima NADP+.

ATP, CO2 y NADPH (poder reductor).

Productos Oxgeno, ATP y NADPH (poder reductor).

Glucosa y otras molculas orgnicas.

Resumen del proceso

Durante esta fase se produce la fotlisis del agua, fotofosforilacin para la formacin de ATP, fotooxdacin de los fotopigmentos, fotlisis del agua y fotorreduccin del NADP+.

Durante esta fase se forma glucosa gracias a la fijacin de CO2, y a la utilizacin de ATP y NADPH en el ciclo de Calvin.

Observa la siguiente imagen y responde algunas preguntas:

1. Qu relacin existe entre la fotosntesis y la respiracin celular en una clula vegetal?

Los vegetales son organismos auttrofos, por lo tanto utilizan la energa solar para la formacin de materia orgnica a partir de inorgnica (fotosntesis). Para el resto de las actividades del vegetal (crecimiento, floracin, fructificacin, etc.) necesitan energa qumica procedente de la respiracin celular (igual que los animales). Esta materia orgnica de la que hablamos, est compuesta fundamentalmente de azcares procedentes de la fotosntesis.

En la fotosntesis los reactantes son los productos de la respiracin celular (CO2 y H2O) y en la respiracin celular los reactantes son los productos de la fotosntesis (glucosa y O2).

En la fotosntesis se fija dixido de carbono y se desprende oxgeno.

En la respiracin se consume oxgeno y se desprende dixido de carbono, liberndose energa.

Factores que afectan la fotosntesis

1. Basndote en la explicacin entregada por tu profesor (a), completa la siguiente tabla.

Factores propios de la planta

Efecto en la fotosntesis.

Presencia de estomas

Los estomas son pequeos poros de las plantas localizadas en la superficie de sus hojas. Constan de dos grandes clulas oclusivas rodeadas de clulas acompaantes.

El oxgeno y dixido de carbono son intercambiados con el ambiente, a travs de estos poros. La incorporacin de CO2 y el intercambio de oxgeno son fundamentales para que se desarrollen los procesos de fotosntesis y respiracin de las plantas. Sin embargo, su apertura tambin provoca la prdida de agua de la planta en forma de vapor, a travs del proceso denominado transpiracin.

Por esto, la apertura o cierre de los estomas est muy regulada en la planta por factores ambientales como la luz, la concentracin de CO2 o la disponibilidad de agua.

En casos de sequa (estrs hdrico) se cierran los estomas impidiendo prdidas de agua en la planta, lo cual, imposibilita el intercambio de gases y, en

consecuencia, la entrada de CO2 atmosfrico necesaria para la nutricin de las plantas mediante el proceso de fotosntesis.

Pigmentos La presencia de pigmentos es un factor que afecta la fotosntesis, puesto que estos absorben la luz solar. Por lo tanto, si faltan o son escasos la fotosntesis es afectada.

Entre ellos, el principal es la clorofila o pigmento verde que da el color a las plantas. La clorofila se encuentra mezclada con otros pigmentos, aunque al aparecer en una mayor proporcin, generalmente impone su color sobre el resto que queda enmascarado.

Contenido de agua en la planta

La funcin del agua en la fotosntesis es suministrar electrones en la fase dependiente de la luz, es decir, el agua interviene como fuente de electrones. Puesto que la molcula de agua es un agente reductor muy dbil, sus electrones deben ser energizados por los fotones de la luz solar.

Tambin, constituye el medio necesario para que se puedan disolver los elementos qumicos del suelo que las plantas deben utilizar para construir sus tejidos.

2. Basndote en la explicacin entregada por tu profesor (a), completa la siguiente tabla.

Factores externos a la planta

Efecto en la fotosntesis.

Temperatura ambiental

Las plantas poseen una temperatura optima para realizar la fotosntesis, ms all de la cual la tasa fotosinttica disminuye; el aumento de la temperatura produce una aumento del rendimiento de la fotosntesis debido al incremento de la actividad de las enzimas, que es mxima, a un determinado valor de temperatura, pero sobrepasado este valor la actividad enzimtica disminuye, y con ello, el rendimiento fotosinttico.

Se considera que la temperatura ideal para una productividad fotosinttica mxima se encuentra entre los 20 y los 40 C, sin embargo puede producirse entre los 0 y los 50 C, de acuerdo a las condiciones en que cada planta

se ha ido adaptando a su medio.

Intensidad y calidad de la luz solar

En relacin a la intensidad luminosa, mientras menor es la intensidad luminosa, la tasa fotosinttica es menor. En cambio, a mayor intensidad luminosa, mayor es la tasa fotosinttica. Sin embargo, cuando la intensidad luminosa es muy elevada, la tasa fotosinttica disminuye.

Cantidad de luz: Las plantas que reciben menos luz, por ejemplo, las que se encuentran a la sombra, realizan con menor eficiencia la fotosntesis. Sin embargo, cuando la intensidad de luz es excesiva, se detiene el proceso fotosinttico.

Concentracin de CO2

El CO2 al ser un reactante de la fotosntesis, resulta vital su presencia en los organismos fotosinttizadores. Por lo tanto, mientras mayor sea la concentracin de CO2, mayor es la tasa fotosinttica, especialmente a una temperatura de 30 C. Sin embargo no tiene una relacin directamente proporcional, porque en la actualidad hay mucha produccin de CO2, y esto ha provocado calentamiento global, con ello se reduce la tasa fotosinttica.

3. Basndote en el siguiente grfico, responde algunas preguntas.

3.1La temperatura es una variable dependiente o independiente? Explica brevemente.

Alta intensidad luminosa

Baja intensidad luminosa

La temperatura es una variable independiente, ya que este factor es manipulado por el investigador.

3.2La tasa fotosinttica es una variable dependiente o independiente? Explica brevemente. La tasa fotosinttica es una variable dependiente, ya que estos datos fueron surgiendo en el transcurso del fenmeno estudiado y por lo tanto, no son controlados por el investigador

Practiquemos algunas habilidades. A continuacin se presenta un grfico que relaciona la tasa fotosinttica versus la temperatura, adems se incluye la intensidad luminosa. Analzalo y luego contesta el verdadero y falso.

Contesta Verdadero o Falso

1. Una baja intensidad luminosa aumenta la tasa fotosinttica. Falso. La baja intensidad luminosa mantiene un bajo nivel de tasa fotosinttica, lo que se aprecia al observar el grfico.

2. A partir del grfico se puede deducir que un aumento de la iluminacin de la planta determina una mayor productividad. Verdadero. Si la intensidad luminosa

aumenta la tasa fotosinttica tambin lo hace, de manera que se puede deducir que la cantidad de compuestos orgnicos que se generan es mayor, aumentando la productividad.

3. La mejor tasa fotosinttica, tanto para alta como para baja intensidad luminosa se encuentran en el mismo rango de temperatura. Falso. Para una baja intensidad luminosa la mejor tasa se encuentra alrededor de los 20 C de temperatura, mientras que a mayor intensidad luminosa se encuentra a temperatura superior a 30 C.

4. Las enzimas de la fotosntesis en condiciones de mayor luminosidad funcionan mejor a mayores temperaturas. Verdadero. La mayor tasa fotosinttica est desplazada hacia la derecha del grfico, comparado con la baja luminosidad que tiene levemente una mayor tasa a temperatura intermedia. Sin duda existe un valor extremo donde la desnaturalizacin proteica impide cualquier tipo de actividad enzimtica.

5. Para la fotosntesis es ms importante la temperatura que la intensidad luminosa. Falso. A una misma temperatura la diferencia de tasa fotosinttica se debe a la diferencia de intensidad luminosa.

Sntesis de la clase

Solucionario preguntas propuestas Pregunta Alternativa Defensa 1 A La destruccin de las granas determina que no se pueda

llevar a cabo la fase clara de la fotosntesis, por lo tanto, uno de los procesos que se detendra sera la fotlisis del agua, que es la que da origen al O2. Luego como consecuencia de la anulacin de la fase clara, la fase oscura tampoco ocurrira, la fijacin del CO2 (por ejemplo formacin de glucosa).

2 D La fase clara de la fotosntesis genera 3 productos: O2, que es

liberado en parte a la atmsfera y utilizado en el metabolismo vegetal. Adems, el ATP y el NADPH representan energa para la fijacin del CO2 en la fase oscura de la fotosntesis.

3 A La sntesis de compuestos orgnicos ocurre en la fase independiente de luz, sin embargo esta es dependiente de la fase luminosa (opcin I es correcta) ya que es all donde se genera ATP y NADPH, necesarios para la fase oscura. La opcin II es incorrecta porque la fase oscura no necesariamente ocurre en la noche, solo significa que no depende de la luz. La fase oscura ocurre en el estroma del cloroplasto y no en las membranas internas o tilacoidales (opcin III).

4 E El CO2 que las plantas utilizan en la fase oscura de la fotosntesis se utiliza para la formacin de gliceraldehdo, que es un precursor de distintos compuestos orgnicos, tales como glucosa, aminocidos, cidos grasos. Por lo tanto, la marca aparece en las protenas, en la glucosa, en el almidn, en la celulosa (pared celular).

5 B El agua es un reactante de la fase clara, que a nivel del fotosistema II se rompe por accin de la luz, dando como resultado protones (H+) y oxgeno que pasa a la atmsfera.

6 D En la fase clara ocurre la fotlisis del agua (foto-oxidacin)que genera como producto oxigeno, que se libera al medio ambiente, no es utilizado en la fase oscura.

7 B El CO2 es un reactante de la fase oscura, los azcares (especialmente la glucosa) es un producto de la fase oscura, el ATP y el NADPH son productos de la fase clara que luego son reactantes de la fase oscura. El agua es requerida en la fase clara para aportar los electrones que circulan por los tilacoides entre los fotosistemas I y II.

8 B Del anlisis del grfico se puede afirmar que, la noxa (sustancia qumica txica), estimula la sntesis de protenas, esto se puede observar directamente en el grfico. La opcin I es incorrecta, la puromicina no detiene la sntesis de protenas sino que al observar el grfico se aprecia que solo la disminuye. Para afirmar que la detiene la curva debi haber llegado a 0. La opcin III es incorrecta, con la observacin del grfico no podemos afirmar que la puromicina ataca al ncleo celular. Esto en cambio podra ser una inferencia.

9 C La tasa fotosinttica es una variable dependiente, es decir, los valores que toma dependen de la variacin de otra, en este caso la temperatura y la intensidad luminosa.

10 D Las principales reservas de carbono estn en las fuentes de combustibles fsiles, como el petrleo, gas natural y carbn.

11 D Si las reservas de oxigeno de la atmsfera no son repuestas, se agotaran. La fotosntesis es el proceso que permite la transformacin de la energa solar a materia orgnica, por lo tanto, la que permite que quede a disposicin del resto de los

organismos de las cadenas alimentarias (opcin II), agregado a eso se libera oxgeno, por tanto si se detiene la fotosntesis no habra oxgeno para la respiracin celular (opcin I). La respiracin celular gasta la energa almacenada en la materia que se produce gracias a la fotosntesis por lo que no la puede reemplazar(opcin III).

12 B Aunque los vegetales fotosintticos en cuanto a absorber toneladas de CO2 del ambiente son eficientes, el aumento del uso de combustibles fsiles ha provocado aumentar los niveles de CO2 y por lo tanto se disminuye la capacidad de regulacin. Adems que la actividad humana ha provocado deforestacin, lo que significa una menor capacidad fotosinttica. El efecto invernadero es producido por el incremento del CO2 especialmente y no por las partculas de polvo en suspensin.

13 C Si se introduce la marca en el dixido de carbono, aparecer en cualquiera de los compuestos orgnicos que se originan a partir de la fase oscura de la fotosntesis, tal como la glucosa, almidn, cidos grasos, aminocidos, etc.

14 C Los fotosistemas son agregados de pigmentos diferentes que estn organizados de tal manera que capturan la energa solar y la concentran en la clorofila para echar a andar la etapa clara de la fotosntesis, que luego tiene otras consecuencias como la formacin de poder reductor (NADPH) y de energa (ATP).

15 C En la primera parte de la figura se observa que el proceso genera glucosa y ocurre en las plantas, por lo que se trata de la fotosntesis (1). Adems, esto produce oxgeno (3). Luego, la glucosa y el oxgeno se utilizan en la respiracin celular (2) que se da tanto en animales como vegetales. La respiracin celular genera agua y dixido de carbono (4), que son reactantes para la fotosntesis, lo que completa el ciclo.

Amplia tus conocimientos

1. Cmo afecta el efecto invernadero a la fotosntesis?

La fotosntesis en los bosques es mayor, creando unos bosques ms verdes y exuberantes y con una mayor capacidad de absorcin de dixido de carbono. Sin embargo, los ritmos de descomposicin de la madera seca y de los suelos se estn tambin acelerando. Y a medida que el clima se calienta, esta

generacin de gases de carbono por la descomposicin rebasar probablemente a la aceleracin de la fotosntesis. Lo que es peor, se teme que las selvas de la Amazonia caigan hacia la mitad de siglo. Los bosques en extincin liberaran as su almacn de carbono a la atmsfera. Segn los estudios llevados a cabo por el Met Office Hadley Centre para la prediccin del clima, en Gran Bretaa, si no se mitigan las emisiones de carbono industrial, los bosques se convertirn en contribuyentes netos de carbono a la atmsfera hacia 2070. La estabilizacin de las emisiones industriales podra quiz retrasar esta muerte anunciada de los bosques durante otro siglo. 2. Explica cmo la fotosntesis podra ayudar a disminuir el problema de

la contaminacin por CO2

La contribucin de la fotosntesis radica en que los vegetales, a travs de este proceso anablico, son capaces de fijar el CO2 atmosfrico, cuando lo incorporan al Ciclo de Calvin en la fase oscura; de esta manera aportan a la disminucin de este gas, teniendo presente el tema ambiental que hace mencin de la disminucin de estos fijadores naturales y como su ausencia agravara an ms el problema actual. 3. Cmo realizan las plantas del desierto la fotosntesis?

Las plantas se pueden clasificar en funcin de cmo fijan el CO2 en el ciclo de Calvin. Las plantas C3 fijan el carbono directamente. Las plantas C4 y CAM incorporan el CO2 en otros compuestos, como una adaptacin para soportar mejor la luz solar intensa y la sequa. Hay plantas que se adaptan a las condiciones de sequa, y dejan el proceso C3 para pasar al ciclo CAM (muy parecido al C4). En las plantas C4 el primer producto fotosinttico contiene 4 carbonos: el cido oxalactico y sus sales. Las plantas se han adaptado lentamente a la naturaleza en los climas ridos y clidos. Han desarrollado una estrategia para optimizar la capacidad de asimilacin del CO2 atmosfrico, e incorporarlo a la planta.

Al cultivar en un mismo ambiente, a 30 C hierbas C3 y hierbas C4, se observa que mientras las hierbas C3 pierden aproximadamente 833 molculas de agua por cada molcula de CO2 fijado, las yerbas C4 pierden solamente 277 molculas de agua por molcula de CO2 fijada. Las plantas C4 usan el agua ms eficientemente, conservan la humedad del suelo, y colonizaron las tierras ridas.

La enzima que usan es la PEP carboxilasa (fosfoenolpiruvato carboxilasa), que convierte el fosfoenolpiruvato (compueto de 3 carbonos) en oxalacetato (compuesto de 4 carbonos). A partir del oxalacetato se produce malato, es una enzima activada por la luz. Se encuentra en los cloroplastos de las Plantas C4. El malato incorpora a la planta el carbono de la fotosntesis. Es un procedimiento indirecto, diferente del de las plantas C3.