LICEO ABATE MOLINATALCA

REPBLICA DE CHILE MINISTERIO DEL INTERIOR ILUSTRE MUNICIPALIDAD DE TALCA DIRECCIN COMUNAL DE EDUCACIN LICEO ABATE MOLINA

DPTO. DE BIOLOGA1827-2010 183 aos auscultando la vida sedientos

de verdad y de superacin

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DEPARTAMENTO: BIOLOGA

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. Sol, fotosntesis ynutricinPara entender cmo se nutre un organismo debemos conocer la

La energa que los seres vivosrequieren puede ser obtenida a

Siguiendo la descripcin anterior,podemos encontrar diversas

partir de dos fuentes: la energa de la luz solar y la contenida encompuestos qumicos. Los organismos que usan la luz como

formas por las que los seres vivosse nutren. Hay organismos, como

manera en que obtiene la materia,

los animales y los hongos, que sealimentan consumiendo a otros

principalmente el carbono quenecesita para formar las molculas

orgnicas que componen su cuerpo y cmo obtiene la energanecesaria para su funcionamiento.En cuanto a la forma de obtener el

su principal fuente de energa son conocidos como fotosintticos, en tanto que los otros organismosque la obtienen de los compuestos qumicos se llaman quimiosintticos.

seres vivos, o parte de ellos. Deesta forma usan como fuente de

energa, y tambin de carbono, las molculas orgnicas elaboradaspor otros organismos. As, losanimales son considerados

carbono es posible distinguir dostipos de seres vivos: los

quimiosintticos y hetertrofos, o bien quimiohetertrofos. Paraestos seres vivos, es

auttrofos organismos capaces de fijar carbono inorgnico,usando como fuente el dixido de

imprescindible la existencia de otros organismos de los cuales

carbono del ambiente y los hetertrofos, organismos que nopueden fijar carbono, debiendousar como fuente molculas

alimentarse. Por el contrario, los organismos como las plantas, las algas y algunas bacterias son fotoauttrofos, es decir, capacesde usar la luz solar como fuente-. %

orgnicas preformadas,

producidas por otros organismos.

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de energa, y de fijar dixido de carbono para producir molculas orgnicas. De la capacidad deestos organismos de generar materia orgnica depende casitoda la vida en la tierra.

De acuerdo a lo anterior,podrasclasificar nuestra forma de

nutricin?, crees t que dependemosen alguna forma del sol?Las fotografas muestran liqenes (ala izquieda), cianobacterias y bacteria quimiosinttica (alcentroy arriba,respectivamente)y un cocodrilo

alimentndose desu presa. Qu

Una fuente generosa deenerga

relacin trfica existe entre ellos?

Toda la vida en la Tierra, prcticamente depende de la luz

solar. La energa que utilizan losorganismos fotoauttrofos es

corresponde a poco menos de la

generada en el corazn del sol,

donde gigantescas explosionestransforman millones de

mitad de la energa solar que llega hasta nuestra atmsfera, y no toda ella es til para los organismos fotosintticos. Buena parte de laenerga radiante que llega a la Tierra es reflejada, devuelta al

^*-,

4irk

toneladas de materia en energaque es liberada como un extenso

espectro de radiacin energtica.La energasolares de tal

espacio, desviada o atrapada porcompuestos y partculas suspendidas en nuestra

magnitud, que secalcula su temperatura

atmsfera.Conoces cules uno de los principales filtros de la radiacinsolaren nuestra atmsfera?

superficial en

fjHC;^ unos 6.100 C.

Aunque la alta radiacin del sol

hace casi imposible mirarlo directamente, y puede quemar tupiel en verano, esta radiacin solo

. Estructuras donde ocurre la

Por qu los cloroplastos sonverdes?

fotosntesis

En las plantas, las hojas son los principales rganos donde se realiza la fotosntesis, aunque laactividad fotosinttica tambin ocurre en los tallos de color verde.

La estructura de los cloroplastosse caracteriza por presentar dos membranas que rodean un espacio interno llamado estroma.La membrana externa rodea

La funcin de estas estructuras es

completamente al organelo,aislndolo del resto del

captar la energa luminosa y permitir el intercambio gaseoso

(C02 y 02) entre el medio internoy el externo de la planta.

citoplasma. La membrana interna, en tanto, se pliega repetidas veces hacia el espacio interior, generando un elaborado sistemaLas clulas fotosintticos se

La estructura interna de una hoja se compone de distintos tejidos cuyas clulas cumplen diferentes funciones: la epidermis, que es un grupo compacto de clulas que cubre completamente la lmina de la hoja, la cual, gracias a una capa cerosa superficial,mantiene aislado el medio

de membranas en forma de sacos

caracterizan por tener un gran nmero de cloroplastos.

aplanados, circulares, semejantes amonedas, llamados tilacoides.

Estos pueden presentarse agrupados como monedas apiladas, formando una estructura llamada grana.

interno; el tejido fotosinttico, al que se debe el color de las hojas, est dispuesto en varias capas de clulas bajo la epidermis a lo largo de toda la lmina de la hoja; y el tejido conductor, en el interior

Al observar el tejido fotosinttico se aprecia que el color verde no es homogneo en las clulas. Estecolor se concentra

En este sistema de membranas

particularmente en los cloroplastos. Estos organelos, deforma discoidal, de unos 7 mm de

de la hoja, es como una red detuberas destinadas a transportar

largo y de 3 o 4 mm de ancho, pueden existir entre 40 y 50 porclula. As, en un milmetro

internas, los cloroplastos contienen una gran cantidad de pigmentos como clorofila y carotenoides. Estos pigmentos son clave en la fotosntesis, pues a travs de ellos es capturada la luz. El color verde de la clorofila y su

alta proporcin en los tilacoideses la causa del color de los

el agua y los carbohidratos producidos por la fotosntesis.

cuadrado de hoja puede haber hasta unos 500.000 cloroplastos.

cloroplastos.

.:. Factores que afectan lafotosntesis Hasescuchado cmo recomienda el jardinero que ciertas plantas estn ms o menos expuestas a la luz o que las plantas sean regadas yabonadas para que se veanlozanas?

. ,. Factores internos As romo tu rendimiento

Cutcula

en una prueba dependede si has estudiado, si te has alimentado bien o si

pasaste una buena noche, en las plantas se altera el proceso de la fotosntesis bajo ciertas condiciones.Cuando son lascaractersticas

Es cierto, estos y otros factores

influyen en la sobrevivencia de las plantas y tienen relacin con laactividad fotosinttica del vegetal.

constitutivas de la planta

las que influyen en el proceso, se dice que sonfactores internos. Se

As como la luz, la temperatura y la

disponibilidad de agua influyenen el proceso fotosinttico, existenotros factores que afectan este proceso y que revisaremos acontinuacin.

incluyen entre ellos,todaslas condiciones

anatmicas y fisiolgicas

del vegetal que puedeninfluir en el proceso

Para facilitar su estudio los dividiremos en factores propios

fotosinttico, por ejemplo, la estructura de la hoja, el contenido de clorofila y la actividad de lasenzimas fotosintticas.

del vegetal (internos) y factores ajenos a la planta (externos).

El grosor dela cutcula (imagen superior) y la apertura o cierreestomtico (abajo) son

importantes factores internos.

"Cosechando energa solarApesarde que la radiacin solar es filtrada porla atmsfera, laenerga luminosa que reciben losorganismos fotosintticos es

Entre los carbohidratos, la glucosaes la primera en ser sintetizada.Esta molcula no solo es el

suficiente para que desarrollensus procesos vitales. En los ms

como las plantas,alyas ydlyunasbacterias son capaces de usar laluz solar para sintetizar sus

diferentes ambientes, organismos

material inicial con el que se forman otros compuestos

Existe una gian divttsida de

orgnicos, sino que constituyetambin una eficiente manera de almacenar la energa en formaqumica.

organismos fotosintticos. Las plantas dominan en los ambientes terrestres entanto que las algas y bacterias lohacen en elmedio acutico. Podrasreconocerorganismos fotosintticos entu diea/

molculas orgnicas, y proveer asde alimento al resto de losorganismos hetertrofos.

El proceso que hace posible esteuso de la energa radiante es la

fotosntesis. Atravs de esta,organismos como las plantas capturan la energa de la luz solai y la utilizan paia sintetizar carbohidratos, a partir de

compuestos inorgnicos simples como el dixido de carbono y eagua, liberando oxgeno durante

el proceso. La fotosntesis puedeici itjuiiiidd as:

Dixido de carbono + agua + luz= carbohidrato (glucosa) +oxgeno

La fotosntesis Semillas,frutos, hojas, tallos o

plantas completaste diversasespecies, forman parte de nuestradieta. As, la actividad fotosinttica

de estos organismos afecta directamente la produccin de los alimentos que se cultivan. De aqu surge e inters por comprender mejorla fotosntesis: cules son sus

requerimientos, dnde y cmoocurre este proceso.

Requerimientos de lafotosntesis

Adems de la energa luminosa se

requiere H20 y C02 como materia prima. Las plantas puedenobtener estos compuestos fcil ynaturalmente desde el aire,e

suelo y,en las plantas acuticas, el

C02 puede incluso estar disueltoen el agua. En general, ambos compuestos son abundantes en la naturaleza, particularmente el C02 presente en la atmsfera. Sin embargo, en algunos ambientes hay poca disponibilidad de agua.

f AE. 3s^^JF^Tja^ff^i_.A. Fase primaria o dependiente de !uz

Al intenor de los cloroplastos, los pigmentos fotosintticos se organizan formando fotosistemas, que son unidades que captan energa lumnica yseencuentran en la membrana de los tilacoides, En cada fotosistema, la antena,

que es un conjunto de pigmentos, absorbe gran parte de la energa lumnica,

la modifica y la conduce hacia el centro de reaccin, que es donde seencuentra una molcula de clorofila que desencadena el procesofotosinttico.

Conceptos clave ,NADPH: molcula con

alta capacidad para captary ceder electrones.

Conceptos claveFotones: partculas

ATP (adenosn trifosfato):molcula fundamental en

portadoras de energaelectromagntica. Electrn: partcula

los procesos energticosde los seres vivos. Es un nucletido caracterizadopor poseer enlaces con

subatmica de carga elctrica negativa, quese ubica en la cortezadel tomo.

un alto valor energtico.

2NADPH

fotosistema II

iviviisis del agua '\A

02 + 4H'tilacoida

Membranc

(j\ Las reacciones de la fase dependiente de luz se inician cuando los fotones^ de energa lumnica (luz) estimulan el fotosistema II, ub,cado dentrVdTb membrana tilacoidal del doroplasto. Los fotones impactan los p,gmentospresentes en la antena (que forma parte del fotosistema). yluego son conducidos hacia el centro de reaccin compuesto por una molcula de

aotra, generndose una cadena de transporte de electrones

clorofila. Lo antenorprovoca a liberacin de un electrn, que es transfendo aotra molcula (transportadorde electrones), la que asu vez lo transfiere

/n^ Simultneamente, debido a la estimulacin de a clorofila del centro des-'' reaccin, ocurre la fotolisis del agua, proceso en el que dos molculas de

>

agua son degradadas dando origen a una molcula de oxgeno, que posteriormente puede ser liberada alambiente, y a cuatro iones hidrgeno (H*). Es importante destacar que el oxgeno que se produce en afotosntesis proviene de las molculas de agua.

/^\ La cadena de transporte de electrones se acopla al fotosistema I. Cuando ^' la molcula de clorofila del fotosistema l es estimulada por otro fotn, segenera una nueva cadena de transporte de electrones, que finalmente produce una sustancia llamada NADPH.

(?

Cuando los iones hidrgeno (H') atraviesan la enzima ATP sintetasa, su energa se usa para transformar ADP en ATP. El ATP, junto con elNADPH, posteriormente sern usados para sintetizar glucosa.

B. Fase secundaria o independiente de luz En esta etapa, en la que la energa lumnica no es necesaria, las molculas de ATP y NADPH, que se sintetizaron en la fase primaria, son utilizadas en las diferentes reacciones qumicas que conducen a la formacin de glucosa, proceso que ocurre en el estroma. En el ciclo de Calvin, a partir de una serie de reacciones qumicas sucesivas, se sintetizan molculas de glucosa

a partir de C02. En las reacciones qumicas que conforman el ciclo de Calvin participandiversas enzimas. La ms importante de ellas se denomina ribulosa bifosfato (mbisco, en forma abreviada), y es la enzima que interviene en la reaccin enCloroplastos

que se capta C02. Esta enzima es la protena msabundante de los vegetales.1.5 Balance en la fotosntesis

En la fotosntesis ocurren transformaciones de materia y energa. Desde el punto de vista de la materia, hay una transformacin de sustancias simples e inorgnicas, como eldixido de carbono y elagua, en sustancias orgnicas y de mayor complejidad como la glucosa. Asimismo, la fotolisis del aguapermite que se libere oxgeno al ambiente.

Una vez que la planta sintetiza glucosa, esta puede utilizarse de variadas

formas. Por ejemplo, la unin de numerosas molculas de glucosa forma,'_/'"'-^'. . . : (polmeros como el almidn y la celulosa. El almidn es una molcula de

alto valor energtico, que se almacena en tejidos de reserva; y la celulosa es un constituyente de las paredes celulares y de diversos tejidos quebrindan sostn a la planta.

La ecuacin qumica que resume el proceso de fotosntesis, que esendergnlco (utiliza energa), es:A partir de la glucosa tambin se sintetizan molculas que conforman lostejidos vegetales, como el de la

fotografa, que muestra clulas vegetalescon cloroplastos en su interior.

Energa lumnica

6 CQ2 + 6 H20

C6H1206 + 6 0:

Qu factores influyen en la fotosntesis?La sntesis de glucosa, producto de la fotosntesis, permite que laplanta acumule biomasa y sintetice otras molculas fundamentalespara sus procesos metablicos.

Hay algunos factores que influyen en la efectividad de la

fotosntesis, es decir, que afectan positiva o negativamente laproduccin de glucosa de una planta. A continuacin se describenestos factores.

A. Intensidad lumnica

Como viste en las pginas 104 y 105, la energa lumnica es fundamental para la ocurrencia de la fase primaria de la fotosntesis. En general, yde acuerdo a la actividad de la pgina anterior, la tasa fotosinttica aumenta progresivamente a medida que aumenta la intensidad lumnica, hasta un valor mximo, que suele estar alrededor de los 600 watts, yque vara entre las especies. Una vezalcanzado este valor mximo, la tasa fotosinttica se mantiene relativamente constante, aunque la intensidad lumnica seincremente.Una mayor intensidad lumnica suele estar

B. Temperatura

acompaada de una mayor temperatura. Qu puedes concluir en relacin con el aumento de la temperatura yla tasa fotosinttica?

a decrecer- progresivamente.

temperatura lmite sobre la cual la tasa fotosinttica empieza

demostrado que estas aumentan su tasa fotosinttica a medrda que se incrementa la temperatura, lo que descubriste con la actrvrdad de la pgina anterior. Sin embargo, existe una

Experimentos realizados con diferentes plantas han

Es importante sealar que el aumento de la tasa fotosinttica no siempre rmplica mayor acumulacin de biomasa por la planta, ya que al aumentar la temperatura tambrn se incrementa el proceso de respiracin celular, en el que las plantas utrlizan las molculas de glucosa producidas durantela fotosntesis.

Abaja temperatura, la actividad

enzimtica disminuye, pudiendo incluso ocurrir la muerte de una planta.

Las dientes especies vegetales poseen rangos de temperatura ptima parap.od,con de glucosa. Por ejemplo, en plantas de origen tropical, como e en re oTS Cylos 3-1 >C, * "*"********""**^ entre los 25 clTo^Tmientras que en plantas de origen ms

os cuales la tasa fotosinttica es mas eficiente. Dentro de estos rangos I

tiv.dad enz,mat,ca tiende aaumentar, lo que se traduce en una may

I EN PRESENTE QUE

Hay sales minerales

pi'csentes en el suelo que, aunque se requieren en bajas cantidades, son imprescindibles para que la planta realice sus funciones vitales. Ejemplos de estassustancias, que son

templado, como el trigo, el rango ptimo oscila entre los 10 Xylos" rC

absorbidas por las races,son el fsforo, el hierro, el

calcio y el cobre, entre

otras. Para asegurar que lasplantas cultivadas dispongande las sales minerales

est s, uaoon contina, las clulas vegetales pierden agua desde sus vac o,a (Que consecuencias podra tener esto para la planta?

Ciernan sus estomas. ,o que significa la disminucin de su tasa fotos nttifs,'

C. Disponibilidad de agua yconcentracin de CO, Para que el proceso de fotosntesis se real.ee de fonma exitosa, la planta debe tom 77rmente 3traVS * SUS '*- E* da que de estomas de las hojas ytallos^se mantengan abiertos, posibilitando el ingreso lo cuandT'"plantas se"* enfrentadas te"dOS fotoS'nttos- P-^ cuando las T ven C2 3'OS asituaciones de estres. por falta de agua'

necesarias, los agricultores utilizan productos llamadosfertilizantes.

inhibir la fotosntesis,

me, ementa la concentracin de dixido de carbono. Sin embargo este aumento tiene un m,te; incluso altas concentraciones de CO pueden2 fJueaen

Por otra parte, la tasa focosintcica tiende aaumentar amedida que set

Fotosntesis ayer

/: Fotosntesis hoy Hoy como ayer, la fotosntesis esun proceso que sustenta la vidaen los ecosistemas de nuestro

Rol biolgico e importancia de lafotosntesis

El proceso fotosinttico, a lo largode millones de aos, cambi larelacin entre el dixido de

Cuando hace unos 3.500 millones de aos surgi la vida en nuestro

carbono y el oxgeno. Esto determin que algunosorganismos pudieran usar el oxgeno para la"combustin" de

planeta. Los organismos fotosintticos o fotoauttrofos,

planeta, la atmsfera primitivacareca del oxgeno que

captan la energa radiante y la transforman en energa qumica;esta se incorpora as a los

respiramos. En ese tiempo, lasprimeras clulas obtenan la energa que requeran de los nutrientes que captaban del medio por procesos de

los nutrientes orgnicos formados por los autotrofos, permitiendo as que surgiera una gran diversidad de seres vivos. Esta multiplicidad de formas vivas propici lacolonizacin de los ambientes

ecosistemas del planeta y fluye atravs de ellos sosteniendo la

vida. Podras considerar a los organismos autotrofos como sostenedores de los dems seres

fermentacin. Despus de varias etapas evolutivas, surgi un tipo de clula capaz de sintetizar sus

terrestres, acuticos y marinos, porespecies que antes no existan,

vivos (hetertrofos)? Qu pasara sicomo consecuencia de una

alterando la diversidad de especiesy, por lo tanto, la apariencia delpaisaje.

catstrofe ambiental se destruyerantodos los autotrofos?

propios nutrientes (glucosa) y liberar oxgeno en el proceso. Estegas comenz a acumularse en la

Los combustibles fsiles queusamos hoy son precisamente

atmsfera a lo largo de millones de aos y a cambiar las

condiciones de vida reinantes, ascomo \a apariencia de los

materia orgnica formada a partir de la fotosntesis o por otrosorganismos que usaron la materia

ecosistemas. Cmo te imaginas t

la apariencia de la Tierra primitiva?

orgnica producida por la

fotosntesis para sintetizar la suyapropia.

La composicin gaseosade laatmsfera cambi con el desarrollo

de los organismos fotosintticos. Muchos organismos, comoel fsil dehelcho quese observa,

desaparecieron. La aparicin deotrosorganismosnos permite reconocer elpaisaje propio denuestro habitat.

Efectos de la intervencin humana en la fotosntesis

A. Construccin de invernaderos

invernaderos en los que se usan tecnologas computacionales quegracias alas cuales se incrementa la fotosntesis de las plantas quese cultivan,

En los invernaderos se pueden cultivar alimentos en zonas en las que no existen condiciones adecuadas para ello. Incluso hay

permrten regular, automticamente, la temperatura, la humedad del a.re, yentregar el agua de neg en la medida en que se necesite Ademas, hay invernaderos que poseen fuentes de luz artificial

B. Desarrollo de sistemas de riegoperiodos de sequa.

Los sistemas de neg se han convertido en una importante herramienta para aumentar la tasa fotosinttica, especialmente en zonas afectadas porEn los invernaderos se puedencultivar hortaiizas en zonas en las que en el invierno la temperaturadesciende de los 0 C

desarrollo de las plantas.

sea desperdiciado. Adems, al agua de riego muchas veces se le agregan productos fertilizantes, que contienen sales minerales necesarias para el

la cant.dad precisa de agua que necesitan, evitando que este vital recurso

En la actualidad, gracias alos sistemas de riego, alas plantas se les entrega

S

C. Avances biotecnolgicos

de una especie en el genoma de otra, logrando as que esta ultimatravs de este procedimiento se denominan transgn.cos.

Mediante procedimientos biotecnolgicos, se ha logrado introducir genes-ncorpore una caracterstica determinada. Los organismos modificados a

Es as que cientficas ycientficos han logrado producir plantas capaces decrecer en condiciones de escasez de agua yen climas poco favorables

ias hojas, con el fin de que puedan captar mejor la energa lumnicaproveniente del sol. Es decir, se han generado plantas ms eficientes en elproceso de fotosntesis.

Tambin se ha modificado la forma u orientacin del crecimiento de

Como

hemos visto,

cuando

la

tasa

fotosinttica de las plantas aumenta,

puede producirse una mayor cantidadde alimentos y productos de origen vegetal. Actualmente, existe una alta demanda por los cultivos agrcolas a nivelmundial, debido al aumento de la

Muchos bosques tropicales han sido talados con el fin de sustituirlos porcultivos agrcolas opara la ganadera, lo que ha provocado efectos como laperdida de la biodiversidad yla erosin de los suelos.

poblacin en muchos pases. -Sin embargo, esta mayor demanda debe estar acompaada de un esfuerzo por proteger el ambiente, ya que. por ejemplo, muchas de las innovaciones tecnolgicas utilizan combustibles fsiles como fuente energtica. Asimismo, el uso excesivo de plaguicidas puede afectar los cultivos y causar diferentes efectos negativos sobre los ecosistemas y lastramas trficas.

Fotosntesis en el futuro

por la semejanza con lo queocurre en un invernadero en

En los ltimos veinte aos, la poblacin mundial aument diez veces y con ella la produccin dedixido de carbono. Entre las

principales causas de este

que los vidrios dejan pasar la luz (energa luminosa) pero no la dejan salir. De igual modo, los gases invernadero (C02 y xidonitroso, entre otros) acumulados en la atmsfera actan como un

Qu crees que deberamos estar haciendo ya para enfrentar estos problemas?

incremento estn la quema de combustibles fsiles (bencina, petrleo, gas natural, etc.) y la tala de bosques.Qu relacin tiene esto con el proceso fotosinttico?

vidrio (filtro) que evita que la radiacin solar salga hacia elespacio y, ms aun, la devuelve

hacia la superficie de la tierra,provocando un aumento de la

temperatura. Se piensa que latemperatua aumentar entre 1,5

La fotosntesis produce el oxgenoque respiramos. Por efecto de la

y 4,5 grados Celsius a mediados

tala de bosques, la cantidad de

"pulmones verdes"de quedispone el planeta est

del prximo siglo, dando valores de temperatura al planeta que nunca se haban registrados enlos ltimos 100.000 aos.

disminuyendo y con ello este gasvital. Adems, como consecuencia

del mismo hecho, la gran cantidad de C02 existente se estacumulando en la atmsfera, provocando un aumento de la temperatura en el planeta. Este fenmeno, conocido como efecto invernadero, recibe su nombre

Por otra parte, los contaminantes que se vierten en el agua disminuyen la entrada de luz,reduciendo el rea donde sei i i i i i i i i i i i i iiiiiir

58 62 66 70 74 78 82 86 90 94Aos

realiza la fotosntesis, y comoconsecuencia, se reduce el

aporte de oxgeno y de alimentoal ecosistema acutico.

Elgrfico representala variacinde la

cantidad deCOj a lolargo del tiempo.Cmoafecta nuestro ambiente?