Guía de Aprendizajes Introducción a la Fotosíntesis y la Respiración celular Biología 11° E-J Objetivo de aprendizaje: Explicar, por medio de una investigación, el rol de la fotosíntesis y la respiración celular en el ecosistema considerando: • El flujo de la energía. • El ciclo de la materia. ROL DE LA FOTOSÍNTESIS Y RESPIRACIÓN EN LOS ECOSISTEMAS Todos los organismos, incluidos los seres humanos, necesitan energía para crecer, desarrollarse y reproducirse. No obstante, los organismos no pueden utilizar energía de la luz directamente para cubrir sus necesidades metabólicas, ya que esta primero debe convertirse en energía química mediante el proceso de fotosíntesis. Antes de continuar aclaremos lo siguiente: Muchas personas creen que las plantas experimentan la fotosíntesis y los animales experimentan la respiración. En realidad, las plantas ¡hacen las dos! Las plantas sencillamente experimentan la fotosíntesis primero como forma de fabricar glucosa. Los animales no necesitan la fotosíntesis ya que obtienen su glucosa de los alimentos que consumen. Pero en general, todos los organismos vivos respiran. La fotosíntesis es el proceso en el cual la energía de la luz se convierte en energía química en forma de azúcares. En un proceso impulsado por la energía de la luz, se crean moléculas de glucosa (y otros azúcares) a partir de agua y dióxido de carbono, mientras que se libera oxígeno como subproducto. Las moléculas de glucosa proporcionan a los organismos dos recursos cruciales: energía y carbono fijo (orgánico). La respiración en las plantas consiste en usar los azúcares (glucosa) producidos en la fotosíntesis, además del oxígeno, para producir energía que es utilizada para el crecimiento de la planta. La respiración ocurre en las hojas, los tallos y las raíces de la planta. Las plantas obtienen el oxígeno del aire, a través de las estomas. Fotosíntesis y Respiración En muchos aspectos, la fotosíntesis y la respiración celular son reacciones complementarias dentro del medio ambiente. Los productos de la fotosíntesis funcionan como entradas de la respiración celular, O2 y C6H12O6. Los productos de la respiración celular funcionan como entradas de la fotosíntesis, CO2 y H2O. - En la fotosíntesis, el ATP se produce a través de la energía de la luz y se utiliza para producir moléculas orgánicas en los cloroplastos. Los electrones (e-) son donados por la clorofila y los protones (p+) se acumulan dentro del lumen de los tilacoides. Este es un proceso anabólico (consume energía), es un proceso metabólico de construcción en los que se obtienen moléculas grandes a partir de otras más pequeñas. El H 2O se descompone en oxígeno para liberar electrones para una cadena de transporte de electrones. Los electrones de la cadena de transporte son absorbidos por los transportadores de hidrógeno (específicamente NADPH). Utiliza el Ciclo de Calvin para sintetizar glucosa (C6H12O6), requiere portadores de Hidrógeno (H) y CO2. - En la respiración celular, el ATP se produce al descomponer las moléculas orgánicas en la mitocondria. Los electrones (e-) son donados por los portadores de hidrógeno y los protones (p+) se acumulan en el espacio intermembrana. Este es un proceso catabólico (libera energía), degrada moléculas orgánicas complejas en otras más simples, así libera la energía contenida en las moléculas, la que es almacenada en moléculas de ATP que la célula utilizará para llevar a cabo sus funciones. Utiliza el Ciclo de Krebs para descomponer la glucosa (C6H12O6), libera portadores de Hidrógeno y CO2. Los portadores de hidrógeno liberan electrones para una cadena de transporte de electrones (NADH y FADH2 específicamente), los electrones (e-) de la cadena de transporte son absorbidos por el O2, para formar H2O. En ambos casos, Fotosíntesis y respiración, la producción de ATP implica una cadena de transporte de electrones (e-) y la quimiosmosis, difusión de iones hidrógeno (H+) a través de la membrana interna mitocondrial y de la membrana de los tilacoides de los cloroplastos. Como dato curioso, esta cadena también está presente en las bacterias. ACTIVIDADES A continuación, te presentamos un esquema global de la Fotosíntesis. Tu misión será completarlo, para lograrlo te daremos las siguientes pistas. - Energía sintetizada por la planta - 2. Fórmula química de gas que ingresa – 3. Biomolécula inorgánica que ingresa con sales minerales – 4. Gas resultado del proceso – 5. Formula de Carbohidrato resultante Según el proceso de Fotosíntesis y el de Respiración celular, completa el siguiente esquema. Sigue las pistas a continuación: 1. Nombre proceso – 2. Nombre proceso – 3. Factores de los que depende la reacción - 4. Proceso que oxida glucosa para obtener energía - 5. Lugar a donde van los gases - [a. Gas necesario para la respiración – b. Gas necesario para la fotosíntesis. c. Se forma cuando el O2 absorbe electrones de la cadena de transporte] - 6. Ciclo necesario – 7. Ciclo necesario – 8. Molécula orgánica de producto – 9. Transporte de cargas eléctricas La importancia ecológica de la fotosíntesis. Los organismos fotosintéticos, como plantas, algas y algunas bacterias, cumplen una función ecológica clave: introducen la energía química y el carbono fijo en los ecosistemas mediante el uso de la luz para sintetizar azúcares. Dado que producen su propio alimento (azucares como la glucosa) con la energía de la luz, estos organismos se llaman autótrofos u “organismos que producen su propio alimento". Los seres humanos y otros organismos que no pueden convertir dióxido de carbono en compuestos orgánicos se llaman heterótrofos lo que quiere decir “que se nutre de otro". Los heterótrofos deben obtener el carbono fijo consumiendo otros organismos o sus derivados. Los animales, hongos y demás organismos son heterótrofos. Además de introducir carbono fijo y energía en los ecosistemas, la fotosíntesis también afecta la composición de la atmósfera de la Tierra. La mayoría de los organismos fotosintéticos produce oxígeno; la aparición de la fotosíntesis hace unos 3333 mil millones de años, cambió para siempre la vida en el planeta. A partir de ese momento se liberó poco a poco oxígeno en la atmósfera terrestre y se cree que el aumento en la cantidad de oxígeno influyó en la evolución de organismos que desde entonces utilizan oxígeno para la respiración celular. Los organismos fotosintéticos también retiran grandes cantidades de dióxido de carbono de la atmósfera y utilizan los átomos de carbono para crear moléculas orgánicas. Si las plantas y algas no abundaran en la Tierra ni aspiraran continuamente el dióxido de carbono, el gas se acumularía en la atmósfera. Aunque los organismos fotosintéticos eliminan parte del dióxido de carbono producido por las actividades humanas, el aumento de este gas en la atmosfera a lo largo del tiempo ha producido que se retenga el calor y el clima ha cambiado. Muchos científicos creen que la conservación de bosques y otros espacios de vegetación es cada vez más importante para combatir este aumento en los niveles de dióxido de carbono. Fotosíntesis y respiración celular A nivel de reacciones generales, la fotosíntesis y la respiración celular son procesos casi opuestos, aunque solo difieren en la forma de la energía absorbida o liberada, como se muestra en el esquema siguiente. La fotosíntesis y la respiración celular son reacciones opuestas entre sí. En la fotosíntesis, la energía solar se transforma en energía química en un proceso que convierte al agua y al dióxido de carbono en glucosa, y se libera el oxígeno como subproducto. La respiración celular va en sentido contrario, el oxígeno se utiliza para descomponer la glucosa, proceso que libera energía química y calor; el dióxido de carbono y el agua son productos de esta reacción. Por ejemplo, la fotosíntesis y respiración celular implican una serie de reacciones de reducción y oxidación. En la respiración celular, los electrones fluyen de la glucosa al oxígeno, se forma agua y se libera energía. En la fotosíntesis, van en la dirección opuesta, comienzan en el agua y acaban en la glucosa, un proceso que requiere energía e impulsado por la luz. Actividad: 1- Utiliza la información suministrada en esta guía como imagen N°1 y completa el siguiente cuadro. CRITERIO Organelo de la célula donde ocurre Reactantes que require Productos que se obtienen Organismos que la realizan FOTOSÍNTESIS RESPIRACIÓN CELULAR 2- A continuación, se grafican dos situaciones, en la situación A se ubican dentro de una capsula dos ratones junto con alimento y una planta; en la situación B se repite los mismos elementos excepto por la planta, al transcurrir el tiempo se observan los resultados. 1. Plantea una hipótesis para el problema enunciado en el título( 1 puntos) ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 2. Identifica las variables que permanecieron constantes en el experimento (2 puntos ) ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 3. ¿Cuál es la variable independiente? Y ¿por qué? (1 puntos ) ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 4. ¿Qué les ocurrió a los ratones de la situación B? Explica este hecho. (2 puntos) ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 5. ¿Por qué los ratones de la situación A sobrevivieron? ( 1 punto) ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 6. ¿Qué importancia tiene la fotosíntesis para las plantas? ¿y para los animales? (2 puntos) _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________