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11° grado · Biología
El metabolismo · El metabolismo celular

La fotosíntesis y la quimiosíntesis

En una finca de Matagalpa, el café crece bajo la sombra de otros árboles, mientras que la caña de azúcar de Chichigalpa se cultiva a pleno sol. Las dos plantas fabrican su propio alimento, pero ¿cómo lo hacen, y por qué la luz, el agua y el aire importan tanto para la cosecha?

La fotosíntesis y el cloroplasto

La fotosíntesis es el proceso por el que las plantas, las algas y algunas bacterias transforman la energía de la luz en energía química, guardada en moléculas orgánicas como la glucosa. Por eso son organismos autótrofos: fabrican su propio alimento a partir de sustancias inorgánicas.

En las células vegetales, la fotosíntesis ocurre en los cloroplastos, organelos con doble membrana. Dentro hay sacos aplanados, los tilacoides, apilados en columnas llamadas granos (o grana). El líquido que los rodea es el estroma. En la membrana de los tilacoides está la clorofila, el pigmento principal.

Esquema de un cloroplasto con sus dos membranas, el estroma, los tilacoides apilados en granos y el lumen grano tilacoide estroma doble membrana

La clorofila absorbe sobre todo la luz roja y azul-violeta, y refleja la verde. Por eso las hojas se ven verdes.

Practica★☆☆Sin empezar
Escribe la ecuación global de la fotosíntesis oxigénica e indica qué molécula se oxida y cuál se reduce en el proceso.

Escribe la ecuación global de la fotosíntesis oxigénica e indica qué molécula se oxida y cuál se reduce en el proceso.

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Practica★☆☆Sin empezar
¿Qué pigmento principal capta la luz en las plantas verdes y en qué estructura de la célula se encuentra? ¿Qué colores (longitudes de onda) de la luz absorbe…

¿Qué pigmento principal capta la luz en las plantas verdes y en qué estructura de la célula se encuentra? ¿Qué colores (longitudes de onda) de la luz absorbe preferentemente y cuál refleja?

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Practica★☆☆Sin empezar
¿Qué son los tilacoides y qué son los granos? Explica por qué las membranas de los tilacoides son el lugar adecuado para la fase luminosa de la fotosíntesis.

¿Qué son los tilacoides y qué son los granos? Explica por qué las membranas de los tilacoides son el lugar adecuado para la fase luminosa de la fotosíntesis.

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Las dos fases de la fotosíntesis

La fotosíntesis ocurre en dos fases conectadas:

Fase Dónde Qué pasa Productos
Luminosa Membranas de los tilacoides La luz excita la clorofila, se rompe el agua ATP, NADPH y $O_2$
Oscura (ciclo de Calvin) Estroma Se fija el $CO_2$ y se fabrican glúcidos Glúcidos (triosas, glucosa)
Practica★☆☆Sin empezar
Nombra las dos grandes fases de la fotosíntesis, indica en qué parte del cloroplasto ocurre cada una y qué se produce en cada fase.

Nombra las dos grandes fases de la fotosíntesis, indica en qué parte del cloroplasto ocurre cada una y qué se produce en cada fase.

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Practica★★☆Sin empezar
En el esquema de un cloroplasto se señalan dos estructuras con los números 1 y 2. Identifícalas y explica qué procesos fotosintéticos ocurren en cada una,…

En el esquema de un cloroplasto se señalan dos estructuras con los números 1 y 2. Identifícalas y explica qué procesos fotosintéticos ocurren en cada una, relacionándolos con las flechas de entrada y salida que aparecen en el esquema.

1 2 luz O₂ CO₂
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Fase luminosa: fotosistemas y fotólisis

Un fotosistema es un complejo de proteínas y pigmentos en la membrana del tilacoide. En su centro de reacción hay una molécula especial de clorofila. Cuando absorbe luz, sus electrones se excitan (ganan energía) y la clorofila cede un electrón. Hay dos: el fotosistema II y el fotosistema I.

Recorrido de los electrones desde el agua, por el fotosistema II y el fotosistema I, hasta formar NADPH membrana del tilacoide fotosistema II luz cadena de transporte fotosistema I luz NADP⁺ → NADPH H₂O → O₂ + e⁻ + H⁺ $$2H_2O \xrightarrow{\text{luz}} 4H^+ + 4e^- + O_2$$

Destino de cada producto:

  • Los electrones reponen los que perdió la clorofila del fotosistema II, viajan por la cadena de transporte hasta el fotosistema I y terminan en el $NADP^+$, formando NADPH.

  • Los protones ($H^+$) se acumulan en el lumen; al salir por la ATP sintasa, impulsan la formación de ATP.

  • El oxígeno se libera a la atmósfera como subproducto.

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¿Qué es un fotosistema y qué contiene en su centro de reacción? Explica qué le ocurre a la clorofila cuando absorbe la energía de la luz.

¿Qué es un fotosistema y qué contiene en su centro de reacción? Explica qué le ocurre a la clorofila cuando absorbe la energía de la luz.

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Practica★★☆Sin empezar
Explica qué es la fotólisis del agua, en qué fase y lugar del cloroplasto ocurre, y cuál es el destino de los electrones, de los protones y del oxígeno que se generan.

Explica qué es la fotólisis del agua, en qué fase y lugar del cloroplasto ocurre, y cuál es el destino de los electrones, de los protones y del oxígeno que se generan.

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Casi todo el oxígeno de la atmósfera procede de la fotosíntesis. Explica de qué molécula se libera ese $\text{O}2$ y razona por qué la aparición de la fotosíntesis…

Casi todo el oxígeno de la atmósfera procede de la fotosíntesis. Explica de qué molécula se libera ese $\text{O}_2$ y razona por qué la aparición de la fotosíntesis oxigénica fue un hito en la historia de la Tierra.

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Fase oscura: el ciclo de Calvin

En el estroma, el ciclo de Calvin usa el ATP y el NADPH de la fase luminosa para construir glúcidos a partir de $CO_2$. Tiene tres momentos:

  1. Fijación: la enzima RuBisCO une el $CO_2$ a una molécula de cinco carbonos, la ribulosa-1.5-bisfosfato (RuBP). «Fijar» significa incorporar el carbono inorgánico del $CO_2$ a una molécula orgánica.

  2. Reducción: con ATP (aporta energía) y NADPH (aporta electrones e hidrógenos) se forman triosas fosfato, azúcares de tres carbonos.

  3. Regeneración: la mayor parte de las triosas rehace la RuBP para que el ciclo continúe. Una parte sale para sintetizar glucosa y otros glúcidos.

Practica★☆☆Sin empezar
Indica qué dos productos de la fase luminosa utiliza el ciclo de Calvin y para qué los emplea en la síntesis de glúcidos.

Indica qué dos productos de la fase luminosa utiliza el ciclo de Calvin y para qué los emplea en la síntesis de glúcidos.

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Practica★★☆Sin empezar
En el ciclo de Calvin se «fija» el $\text{CO}2$ en el estroma. Explica qué significa fijar el $\text{CO}2$, qué enzima cataliza esa fijación y de dónde proceden el ATP y…

En el ciclo de Calvin se «fija» el $\text{CO}_2$ en el estroma. Explica qué significa fijar el $\text{CO}_2$, qué enzima cataliza esa fijación y de dónde proceden el ATP y el NADPH que consume el ciclo.

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Factores que influyen en la fotosíntesis

La velocidad de la fotosíntesis depende de varios factores ambientales:

  • Intensidad de la luz: más luz, más fotosíntesis, hasta un máximo.

  • Concentración de $CO_2$: más $CO_2$ permite más fijación, hasta un tope.

  • Temperatura: las enzimas funcionan mejor en un rango; con calor excesivo se desnaturalizan y la velocidad cae.

  • También el agua disponible y los nutrientes (como el nitrógeno y el magnesio, que forma parte de la clorofila).

Es como una ruta de bus con muchos pasajeros pero un solo bus: de nada sirve agregar más pasajeros, el límite es el bus.

Practica★☆☆Sin empezar
Nombra tres factores ambientales que influyan en la velocidad de la fotosíntesis y explica brevemente cómo actúa uno de ellos.

Nombra tres factores ambientales que influyan en la velocidad de la fotosíntesis y explica brevemente cómo actúa uno de ellos.

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Practica★★★Sin empezar
En los invernaderos se enriquece el aire con $\text{CO}2$ y se suplementa con luz artificial. a) Razona, a partir del concepto de factor limitante, por qué estas medidas…

En los invernaderos se enriquece el aire con $\text{CO}_2$ y se suplementa con luz artificial. a) Razona, a partir del concepto de factor limitante, por qué estas medidas solo aumentan la cosecha hasta cierto punto. b) Indica qué factor podría pasar a ser limitante después de aplicarlas. c) Explica por qué elevar demasiado la temperatura puede reducir la producción aunque haya luz y $\text{CO}_2$ abundantes.

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La quimiosíntesis

Es otra forma de nutrición autótrofa: el carbono viene del $CO_2$, pero la energía es química, no luminosa. Un ejemplo son las bacterias nitrificantes del suelo, que oxidan el amonio a nitrito y a nitrato; ese nitrato lo aprovechan después las plantas de los cultivos.

Resumen

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