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Fotosíntesis wikipedia, lookup

Cloroplasto wikipedia, lookup

Fase luminosa wikipedia, lookup

Fotoautótrofo wikipedia, lookup

Ciclo de Calvin wikipedia, lookup

Transcript
OpenStax-CNX module: m53389
1
La fotosíntesis
∗
OpenStax College
Based on Overview of Photosynthesis† by
OpenStax College
This work is produced by OpenStax-CNX and licensed under the
Creative Commons Attribution License 4.0‡
Abstract
Al nal de esta sección serás capaz de:
Resumir el proceso de la fotosíntesis.
Explicar la relevancia de la fotosíntesis para otros organismos.
Identicar los reactantes y productos de la fotosíntesis.
Describir las principales estructuras involucradas en la fotosíntesis.
•
•
•
•
Todos los organismos vivos sobre la Tierra constan de una o más células. Cada célula depende de la
energía química que se encuentra principalmente en los carbohidratos, y éstos se producen principalmente
por medio de la fotosíntesis. Algunos organismos convierten la energía lumínica (luz solar), a través de la
fotosíntesis, en energía química, misma que se utiliza para sintetizar moléculas de carbohidratos. La energía
que mantiene unidas estas moléculas se libera cuando un organismo procesa y "rompe" su comida; las células
utilizan esta energía liberada para realizar trabajo, como la respiración.
La energía que se utiliza en el proceso de la fotosíntesis entra continuamente a los ecosistemas de nuestro
planeta y se transere de un organismo a otro; por lo tanto, directa o indirectamente, el proceso de la
fotosíntesis provee el mayor porcentaje de energía que requieren los organismos vivos sobre la Tierra.
Durante la fotosíntesis también se libera oxígeno a la atmósfera. En pocas palabras, para comer y respirar,
los humanos dependen casi totalmente de los organismos que llevan a cabo la fotosíntesis.
∗ Version
1.2: May 26, 2015 11:15 am -0500
† http://cnx.org/content/m45448/1.7/
‡ http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
http://cnx.org/content/m53389/1.2/
OpenStax-CNX module: m53389
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:
Para aprender más acerca de la fotosíntesis, haz clic en http://openstaxcollege.org/l/photosynthesis21
1 Dependencia de la energía solar y producción de alimentos
No todos los organismos son capaces de efectuar el proceso de fotosíntesis; sin embargo, los organismos
autótrofos pueden producir su propio alimento. La palabra autótrofo proviene del griego auto ("sí mismo")
y trofo ("alimentar"); las plantas son los organismos autótrofos más conocidos, pero hay otros organismos,
como ciertas algas y bacterias, que también son fotosintéticos (Figure 1). Las algas que viven en los océanos
contribuyen con la producción de oxígeno y con las cadenas trócas a nivel global. Las plantas son también
fotoautótrofas, un tipo de autotrofía en la que para la síntesis de energía química en forma de carbohidratos
se utiliza la luz solar como fuente de energía y el dióxido de carbono como fuente de carbono; todos los
organismos que llevan a cabo la fotosíntesis requieren de la luz solar.
1 http://openstaxcollege.org/l/photosynthesis2
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Figure 1: (a) plantas; (b) algas; y (c) cianobacterias, bacterias fotoautótrofas capaces de realizar
fotosíntesis. Las algas pueden cubrir grandes áreas en los cuerpos de agua, cubriendo algunas veces por
completo la supercie. (créditos: (a) Steve Hillebrand, U. S. Fish and Wildlife Service; (b) eutrozación
e hipoxia/Flickr; (c) NASA, barra de escala de Matt Russell)
Los heterótrofos son organismos incapaces de llevar a cabo el proceso de la fotosíntesis, y obtienen
energía y carbono a través del consumo de otros organismos. La palabra heterótrofo proviene del griego
hetero (otro) y trofo (alimentar), y se reere a los organismos que obtienen su alimento consumiendo otros
organismos. Aunque el alimento sea otro organismo animal, en un principio este alimento obtuvo su energía
a partir de un organismo autótrofo, el cual se mantuvo por medio de la fotosíntesis. Los humanos y todos
los animales son heterótrofos y dependen de los autótrofos para sobrevivir, ya sea directa o indirectamente.
Los venados y los lobos son heterótrofos, pero los venados obtienen su energía alimentándose de plantas; un
lobo se alimenta de venados para obtener energía, pero esta energía provienen inicialmente de las plantas
que consumió el venado. La energía de la planta viene de la fotosíntesis, y por lo tanto, es el único autótrofo
en este ejemplo (Figure 2). Siguiendo este razonamiento, todo el alimento que consumimos los humanos está
ligado a los autótrofos, es decir, a los organismos que realizan fotosíntesis.
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Figure 2: La energía almacenada en las moléculas de carbohidratos, provenientes de la fotosíntesis, se
transmite a través de la cadena alimenticia. El depredador que se alimenta de este venado, obtendrá
energía que originalmente provino de la fotosíntesis, y que estaba almacenada en la vegetación que
consumió el animal. (créditos: Steve Van Riper, U. S. Fish and Wildlife Service)
:
Fotosíntesis en el supermercado
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Figure 3: La fotosíntesis es el origen de todos los productos que conforman la dieta humana.
Los supermercados están ordenados por departamentos: lácteos, carnes, frutas y verduras, panes,
cereales, etcétera. Cada pasillo contiene cientos de productos diferentes a la venta (Figure 3).
Aunque hay una gran variedad de productos, todos ellos están ligados a la fotosíntesis. Las carnes
y los lácteos están ligados a la fotosíntesis, ya que los animales que les dieron origen se alimentaron
con alimentos de origen vegetal. Los panes, cereales y pastas están hechos de granos, que son las
semillas de las plantas. ¾Qué pasa con los postres y los refrescos? Estos productos contienen azúcar,
la molécula básica producto de la fotosíntesis. Al nal, todos los alimentos que consumimos están
ligados a la fotosíntesis.
2 Estructuras principales y fotosíntesis
La fotosíntesis requiere de luz solar, dióxido de carbono y agua, como reactants iniciales (Figure 4). Cuando
el proceso de fotosíntesis termina se libera oxígeno y se producen moléculas de carbohidrato (comúnmente
glucosa); estas moléculas de azúcar contienen la energía necesaria para que los organismos sobrevivan.
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Figure 4: En la fotosíntesis se utiliza energía lumínica, dióxido de carbono y agua para producir
moléculas de azúcar que almacenan energía.
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Las reacciones de la fotosíntesis son muy complejas, pero se pueden resumir en la ecuación de la Figure 5.
Figure 5: El proceso de la fotosíntesis se puede representar con una ecuación en donde el dióxido de
carbono y agua producen azúcar y oxígeno, utilizando la energía solar.
Aunque la ecuación es aparentemente muy simple, la mayoría de los pasos que tienen lugar durante la
fotosíntesis son en realidad muy complejos, al igual que las reacciones que tienen lugar en la respiración,
donde una ecuación sencilla representa muchas reacciones individuales. Antes de revisar los detalles de cómo
los fotoautótrofos convierten la luz del sol en alimento, es importante familiarizarse con los orgánulos y
estructuras celulares que toman parte en el proceso.
En las plantas, la fotosíntesis sucede en las hojas principalmente, las cuales poseen muchas capas de
células y son diferentes en la parte superior e inferior; el proceso de la fotosíntesis transcurre en las capas
medias de la hoja, zona conocida como mesólo (Figure 6), y el intercambio gaseoso del dióxido de carbono
y el oxígeno se lleva a cabo a través de unas pequeñas aperturas llamadas estomas.
En todos los organismos eucariontes autótrofos, la fotosíntesis tiene lugar en los orgánulos llamados
cloroplastos (en las plantas, las células que contienen a los cloroplastos se encuentran en el mesólo).
Los cloroplastos poseen una doble membrana (interna y externa); dentro del cloroplasto hay una tercer
membrana, con estructuras en forma de discos apilados llamados tilacoides; las moléculas de clorola
(pigmento [molécula que absorbe luz] por medio del cual se inicia el proceso de la fotosíntesis) se encuentran
embebidas en la membrana de los tilacoides; la clorola le da el color verde a las plantas. Existen otros
pigmentos, además de la clorola, que pueden realizar la fotosíntesis, pero la clorola es la más común.
Como se muestra en la Figure 6, a una pila de tilacoides se le conoce como grana, y al espacio que lo rodea
se le llama estroma (no se debe confundir con los estomas, que son las aperturas en la supercie de la hoja);
la membrana de los tilacoides encierra el espacio intratilacoidal.
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Figure 6: La fotosíntesis no se lleva a cabo en todas las células de las hojas; las células que se encuentran
en la capa media de las hojas poseen cloroplastos y éstos contiene la maquinaria fotosintética. (créditos:
"hoja" modicación del trabajo de Cory Zanker
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En los días calurosos las plantas cierran sus estomas para conservar agua; ¾qué impacto tiene esto
sobre la fotosíntesis?
3 Las dos fases de la fotosíntesis
La fotosíntesis está dividida en dos fases: las reacciones dependientes de la luz (fase luminosa) y el ciclo
de Calvin. La fase luminosa tiene lugar en la membrana de los tilacoides, en donde la clorola absorbe
energía de la luz del sol y la convierte en energía química utilizando agua. Durante la fase luminosa se libera
oxígeno como producto secundario, proveniente de la hidrólisis del agua. El ciclo de Calvin se lleva a cabo
en el estroma, en donde la energía proveniente de las reacciones dependientes de la luz produce la captura
del carbono de la molécula de dióxido de carbono y posteriormente lo ensambla a las moléculas de azúcar.
En las dos reacciones se utilizan moléculas acarreadoras para transportar la energía de una fase a otra; los
acarreadores que movilizan la energía de las reacciones de la fase luminosa a las reacciones del ciclo de Calvin
se pueden considerar "llenos", pues transportan energía. Una vez que la energía se libera, los acarreadores
"vacíos" regresan a la zona donde se realizan las reacciones de la fase luminosa para obtener más energía.
4 Resumen de la Sección
El aprovechamiento de la energía solar en el proceso de la fotosíntesis transformó la vida en la Tierra. Gracias
a la fotosíntesis los seres vivos tuvieron acceso a una cantidad prácticamente ilimitada de energía, lo que les
permitió evolucionar nuevas estructuras y alcanzar la gran diversidad que encontramos actualmente.
Únicamente los organismos autótrofos son capaces de llevar a cabo el proceso de la fotosíntesis, y para esto
requieren de la clorola, pigmento capaz de absorber luz y convertir la energía lumínica en energía química.
Durante la fotosíntesis se requiere de dióxido de carbono y agua para sintetizar moléculas de carbohidratos
(generalmente glucosa) y liberar oxígeno a la atmósfera. Los organismos eucariontes autótrofos, como las
plantas y las algas, poseen orgánulos, llamados cloroplastos, en donde se lleva a cabo la fotosíntesis.
5 PREGUNTAS DE CONEXIÓN ARTÍSTICA
Exercise 1
(Solution on p. 11.)
Figure 6 En los días calurosos las plantas cierran sus estomas para conservar agua; ¾qué impacto
tiene esto sobre la fotosíntesis?
6 PREGUNTAS DE REVISIÓN
Exercise 2
¾Cuál de los siguientes productos resultan de la fotosíntesis?
a.
b.
c.
d.
(Solution on p. 11.)
Agua y dióxido de carbono
Agua y oxígeno
Glucosa y oxígeno
Glucosa y dióxido de carbono
Exercise 3
(Solution on p. 11.)
De los siguientes enunciados sobre los tilacoides en las células eucariotas, ¾cuál es incorrecto?
a.
b.
c.
d.
Los tilacoides están organizados en pilas
Los tilacoides son pliegues de la membrana
El espacio que rodea a los tilacoides se llama estroma
Los tilacoides contienen clorola
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OpenStax-CNX module: m53389
Exercise 4
De dónde obtienen energía los organismos heterótrofos?
a.
b.
c.
d.
10
(Solution on p. 11.)
Del sol
Del sol y de otros organismos
De otros organismos
De compuestos químicos simples en el ambiente
7 PREGUNTAS DE PENSAMIENTO CRÍTICO
Exercise 5
(Solution on p. 11.)
Exercise 6
(Solution on p. 11.)
¾Cuál es el propósito nal de las reacciones de la fase luminosa en la fotosíntesis?
¾Por qué los carnívoros, como los leones, dependen de la fotosíntesis para sobrevivir?
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Solutions to Exercises in this Module
to Exercise (p. 9)
Figure 6 Los niveles de dioxido de carbono (reactante) disminuirán y los niveles de oxígeno (producto)
aumentarán, como resultado disminuirá la tasa de fotosíntesis.
to Exercise (p. 9)
C
to Exercise (p. 9)
B
to Exercise (p. 10)
C
to Exercise (p. 10)
Transformar la energía solar en energía química que las células pueden utilizar para realizar algún trabajo.
to Exercise (p. 10)
Porque los leones se alimentan de animales que comen plantas.
Glossary
Denition 1: Autótrofo
Organismo capaz de producir su propio alimento.
Denition 2: Clorola
Pigmento de color verde que captura la energía lumínica que hace posibles las reacciones de la
fotosíntesis.
Denition 3: Cloroplasto
Orgánulo donde se lleva a cabo la fotosíntesis.
Denition 4: Grana
Pila de tilacoides dentro del cloroplasto.
Denition 5: Heterótrofo
Organismo que consume otros organismos para su alimentación.
Denition 6: Fase luminosa
Primer paso de la fotosíntesis donde se absorbe luz visible para formar dos acarreadores de energía
(ATP y NADPH).
Denition 7: Mesólo
Capa media de células en una hoja.
Denition 8: Fotoautótrofo
Organismo capaz de sintetizar sus propias moléculas, utilizando la energía de la luz.
Denition 9: Pigmento
Molécula capaz de absorber energía lumínica.
Denition 10: Estoma
Apertura, en la supercie de las hojas, que regula el intercambio gaseoso y de agua entre las hojas
y el ambiente.
Denition 11: Estroma
Espacio lleno de uido dentro del cloroplasto, que rodea los grana; en él se llevan a cabo las
reacciones del ciclo de Calvin.
Denition 12: Tilacoide
Estructura membranosa en forma de disco, que se encuentra dentro del cloroplasto. En él se llevan
a cabo las reacciones de la fase luminosa de la fotosíntesis.
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