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1.1.8.18: Una descripción general de la fotosíntesis: biología

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La fotosíntesis es un proceso de varios pasos que requiere luz solar, dióxido de carbono (que es de baja energía) y agua como sustratos (Figura 1). Estas moléculas de azúcar contienen energía y el carbono energizado que todos los seres vivos necesitan para sobrevivir.

La siguiente es la ecuación química para la fotosíntesis (Figura 2):

Aunque la ecuación parece simple, los muchos pasos que tienen lugar durante la fotosíntesis son en realidad bastante complejos. Antes de conocer los detalles de cómo los fotoautótrofos convierten la luz solar en alimento, es importante familiarizarse con las estructuras involucradas.

En las plantas, la fotosíntesis generalmente tiene lugar en las hojas, que constan de varias capas de células. El proceso de fotosíntesis ocurre en una capa intermedia llamada mesófilo. El intercambio de gases de dióxido de carbono y oxígeno se produce a través de pequeñas aberturas reguladas llamadas estomas (singular: estoma), que también desempeñan un papel en la regulación del intercambio de gases y el equilibrio hídrico. Los estomas generalmente se encuentran en la parte inferior de la hoja, lo que ayuda a minimizar la pérdida de agua. Cada estoma está flanqueado por células de protección que regulan la apertura y el cierre de los estomas al hincharse o encogerse en respuesta a los cambios osmóticos.

En todos los eucariotas autótrofos, la fotosíntesis tiene lugar dentro de un orgánulo llamado cloroplasto. Para las plantas, existen células que contienen cloroplasto en el mesófilo. Los cloroplastos tienen una envoltura de doble membrana (compuesta por una membrana externa y una interna). Dentro del cloroplasto hay estructuras apiladas en forma de disco llamadas tilacoides. Incrustado en la membrana tilacoide es clorofila, un pigmento (molécula que absorbe la luz) responsable de la interacción inicial entre la luz y el material vegetal, y numerosas proteínas que componen la cadena de transporte de electrones. La membrana tilacoide encierra un espacio interno llamado lumen tilacoide. Como se muestra en la Figura 3, una pila de tilacoides se llama granum, y el espacio lleno de líquido que rodea al granum se llama estroma o "cama" (que no debe confundirse con estoma o "boca", una abertura en la epidermis de la hoja).

Pregunta de práctica

En un día caluroso y seco, las plantas cierran sus estomas para conservar agua. ¿Qué impacto tendrá esto en la fotosíntesis?

[filas del área de práctica = ”2 ″] [/ área-de-práctica]
[revelar-respuesta q = ”173275 ″]Mostrar respuesta[/ revelar-respuesta]
[hidden-answer a = ”173275 ″] Los niveles de dióxido de carbono (un sustrato fotosintético necesario) caerán inmediatamente. Como resultado, se inhibirá la tasa de fotosíntesis. [/ Hidden-answer]

Dos partes de la fotosíntesis

La fotosíntesis tiene lugar en dos etapas secuenciales: las reacciones dependientes de la luz y las reacciones independientes de la luz. En el reacciones dependientes de la luz, la energía de la luz solar es absorbida por la clorofila y esa energía se convierte en energía química almacenada. En el reacciones independientes de la luz, la energía química recolectada durante las reacciones dependientes de la luz impulsa el ensamblaje de moléculas de azúcar a partir del dióxido de carbono. Por lo tanto, aunque las reacciones independientes de la luz no utilizan la luz como reactivo, requieren los productos de las reacciones dependientes de la luz para funcionar. Además, la luz activa varias enzimas de las reacciones independientes de la luz. Las reacciones dependientes de la luz utilizan ciertas moléculas para almacenar temporalmente la energía: se denominan portadores de energía. Los portadores de energía que mueven la energía de reacciones dependientes de la luz a reacciones independientes de la luz pueden considerarse "llenos" porque son ricos en energía. Después de que se libera la energía, los portadores de energía "vacíos" regresan a la reacción dependiente de la luz para obtener más energía. La Figura 4 ilustra los componentes dentro del cloroplasto donde tienen lugar las reacciones dependientes e independientes de la luz.

Intentalo

Las principales tiendas de comestibles de los Estados Unidos están organizadas en departamentos, como lácteos, carnes, frutas y verduras, pan, cereales, etc. Cada pasillo (Figura 5) contiene cientos, si no miles, de productos diferentes para que los clientes los compren y consuman.

Aunque hay una gran variedad, cada elemento se vincula con la fotosíntesis. Las carnes y los lácteos se relacionan porque los animales fueron alimentados con alimentos de origen vegetal. Los panes, cereales y pastas provienen principalmente de granos con almidón, que son las semillas de plantas dependientes de la fotosíntesis. ¿Qué pasa con los postres y las bebidas? Todos estos productos contienen azúcar; la sacarosa es un producto vegetal, un disacárido, una molécula de carbohidrato, que se construye directamente a partir de la fotosíntesis. Además, muchos artículos se derivan menos obviamente de plantas: por ejemplo, los artículos de papel son generalmente productos vegetales, y muchos plásticos (abundantes como productos y envases) pueden derivarse de algas o del aceite, los restos fosilizados de organismos fotosintéticos. Prácticamente todas las especias y aromatizantes en el pasillo de las especias fueron producidos por una planta en forma de hoja, raíz, corteza, flor, fruto o tallo. En última instancia, la fotosíntesis se conecta con cada comida y cada alimento que consume una persona.

Objetivos de aprendizaje

El proceso de fotosíntesis transformó la vida en la Tierra. Al aprovechar la energía del sol, la fotosíntesis evolucionó para permitir que los seres vivos accedan a enormes cantidades de energía. Gracias a la fotosíntesis, los seres vivos obtuvieron acceso a suficiente energía que les permitió construir nuevas estructuras y lograr la biodiversidad que hoy es evidente.

Solo ciertos organismos, llamados fotoautótrofos, pueden realizar la fotosíntesis; requieren la presencia de clorofila, un pigmento especializado que absorbe ciertas porciones del espectro visible y puede capturar energía de la luz solar. La fotosíntesis usa dióxido de carbono y agua para ensamblar moléculas de carbohidratos y liberar oxígeno como producto de desecho a la atmósfera. Los autótrofos eucariotas, como las plantas y las algas, tienen orgánulos llamados cloroplastos en los que tiene lugar la fotosíntesis y se acumula el almidón. En procariotas, como las cianobacterias, el proceso está menos localizado y ocurre dentro de membranas plegadas, extensiones de la membrana plasmática y en el citoplasma.


Descripción general de la fotosíntesis

Todos los organismos vivos de la tierra constan de una o más células. Cada célula funciona con la energía química que se encuentra principalmente en las moléculas de carbohidratos (alimentos), y la mayoría de estas moléculas se producen mediante un proceso: la fotosíntesis. A través de la fotosíntesis, ciertos organismos convierten la energía solar (luz solar) en energía química, que luego se usa para construir moléculas de carbohidratos. La energía utilizada para mantener unidas estas moléculas se libera cuando un organismo descompone los alimentos. Luego, las células usan esta energía para realizar un trabajo, como la respiración celular.

La energía que se aprovecha de la fotosíntesis ingresa a los ecosistemas de nuestro planeta de forma continua y se transfiere de un organismo a otro. Por lo tanto, directa o indirectamente, el proceso de fotosíntesis proporciona la mayor parte de la energía requerida por los seres vivos en la tierra.

La fotosíntesis también da como resultado la liberación de oxígeno a la atmósfera. En resumen, para comer y respirar, los seres humanos dependen casi por completo de los organismos que realizan la fotosíntesis.

Haga clic en el siguiente enlace para obtener más información sobre la fotosíntesis.


Estructuras principales y resumen de la fotosíntesis

La fotosíntesis es un proceso de varios pasos que requiere luz solar, dióxido de carbono (que es de baja energía) y agua como sustratos ([enlace]). Una vez que se completa el proceso, libera oxígeno y produce gliceraldehído-3-fosfato (GA3P), moléculas de carbohidratos simples (que son altas en energía) que posteriormente se pueden convertir en glucosa, sacarosa o cualquiera de las docenas de otras moléculas de azúcar. Estas moléculas de azúcar contienen energía y el carbono energizado que todos los seres vivos necesitan para sobrevivir.


La siguiente es la ecuación química para la fotosíntesis ([enlace]):


Aunque la ecuación parece simple, los muchos pasos que tienen lugar durante la fotosíntesis son en realidad bastante complejos. Antes de conocer los detalles de cómo los fotoautótrofos convierten la luz solar en alimento, es importante familiarizarse con las estructuras involucradas.

En las plantas, la fotosíntesis generalmente tiene lugar en las hojas, que constan de varias capas de células. El proceso de fotosíntesis ocurre en una capa intermedia llamada mesófilo. El intercambio gaseoso de dióxido de carbono y oxígeno se produce a través de pequeñas aberturas reguladas llamadas estomas (singular: estoma), que también desempeñan un papel en la regulación del intercambio gaseoso y el equilibrio hídrico. Los estomas generalmente se encuentran en la parte inferior de la hoja, lo que ayuda a minimizar la pérdida de agua. Cada estoma está flanqueado por células de protección que regulan la apertura y el cierre de los estomas al hincharse o encogerse en respuesta a cambios osmóticos.

En todos los eucariotas autótrofos, la fotosíntesis tiene lugar dentro de un orgánulo llamado cloroplasto. Para las plantas, existen células que contienen cloroplasto en el mesófilo. Los cloroplastos tienen una envoltura de doble membrana (compuesta por una membrana externa y una interna). Dentro del cloroplasto hay estructuras apiladas en forma de disco llamadas tilacoides. Incrustada en la membrana tilacoide se encuentra la clorofila, un pigmento (molécula que absorbe la luz) responsable de la interacción inicial entre la luz y el material vegetal, y numerosas proteínas que componen la cadena de transporte de electrones. La membrana tilacoide encierra un espacio interno llamado luz tilacoide. Como se muestra en [enlace], una pila de tilacoides se llama granum, y el espacio lleno de líquido que rodea el granum se llama estroma o "lecho" (que no debe confundirse con estoma o "boca", una abertura en la epidermis de la hoja ).


En un día caluroso y seco, las plantas cierran sus estomas para conservar agua. ¿Qué impacto tendrá esto en la fotosíntesis?


Biología 171


Los procesos metabólicos en todos los organismos, desde las bacterias hasta los humanos, requieren energía. Para obtener esta energía, muchos organismos acceden a la energía almacenada comiendo, es decir, ingiriendo otros organismos. Pero, ¿dónde se origina la energía almacenada en los alimentos? Toda esta energía se remonta a la fotosíntesis.

Objetivos de aprendizaje

Al final de esta sección, podrá hacer lo siguiente:

  • Explicar la importancia de la fotosíntesis para otros organismos vivos.
  • Describir las principales estructuras involucradas en la fotosíntesis.
  • Identificar los sustratos y productos de la fotosíntesis.

La fotosíntesis es esencial para toda la vida en la tierra, tanto las plantas como los animales dependen de ella. Es el único proceso biológico que puede capturar la energía que se origina en la luz solar y convertirla en compuestos químicos (carbohidratos) que todo organismo usa para impulsar su metabolismo. También es una fuente de oxígeno necesaria para muchos organismos vivos. En resumen, la energía de la luz solar se "captura" para energizar los electrones, cuya energía se almacena en los enlaces covalentes de las moléculas de azúcar. ¿Qué tan duraderos y estables son esos enlaces covalentes? La energía extraída hoy por la quema de carbón y productos del petróleo representa la energía de la luz solar capturada y almacenada por la fotosíntesis hace 350 a 200 millones de años durante el Período Carbonífero.

Las plantas, las algas y un grupo de bacterias llamadas cianobacterias son los únicos organismos capaces de realizar la fotosíntesis ((Figura)). Debido a que utilizan la luz para fabricar su propia comida, se les llama fotoautótrofos (literalmente, "auto-alimentadores que utilizan la luz"). Otros organismos, como los animales, los hongos y la mayoría de las otras bacterias, se denominan heterótrofos ("otros alimentadores"), porque deben depender de los azúcares producidos por los organismos fotosintéticos para sus necesidades energéticas. Un tercer grupo de bacterias muy interesante sintetiza azúcares, no utilizando la energía de la luz solar, sino extrayendo energía de compuestos químicos inorgánicos. Por esta razón, se les conoce como quimioautótrofos.


La importancia de la fotosíntesis no es solo que puede capturar la energía de la luz solar. Después de todo, un lagarto que toma el sol en un día frío puede usar la energía del sol para calentarse en un proceso llamado termorregulación del comportamiento. Por el contrario, la fotosíntesis es vital porque evolucionó como una forma de almacenar la energía de la radiación solar (la parte “foto-”) en energía en los enlaces carbono-carbono de las moléculas de carbohidratos (la parte “-síntesis”). Esos carbohidratos son la fuente de energía que utilizan los heterótrofos para impulsar la síntesis de ATP a través de la respiración. Por lo tanto, la fotosíntesis alimenta el 99 por ciento de los ecosistemas de la Tierra. Cuando un depredador superior, como un lobo, se alimenta de un ciervo ((Figura)), el lobo se encuentra al final de un camino de energía que pasó de reacciones nucleares en la superficie del sol, a la luz visible, a la fotosíntesis, a vegetación, ciervos y finalmente el lobo.


Estructuras principales y resumen de la fotosíntesis

La fotosíntesis es un proceso de varios pasos que requiere longitudes de onda específicas de luz solar visible, dióxido de carbono (que es de baja energía) y agua como sustratos ((Figura)). Una vez que se completa el proceso, libera oxígeno y produce gliceraldehído-3-fosfato (GA3P), así como moléculas de carbohidratos simples (de alto contenido energético) que luego se pueden convertir en glucosa, sacarosa o cualquiera de las docenas de otras moléculas de azúcar. Estas moléculas de azúcar contienen energía y el carbono energizado que todos los seres vivos necesitan para sobrevivir.


La siguiente es la ecuación química para la fotosíntesis ((Figura)):


Aunque la ecuación parece simple, los muchos pasos que tienen lugar durante la fotosíntesis son en realidad bastante complejos. Antes de conocer los detalles de cómo los fotoautótrofos convierten la luz solar en alimento, es importante familiarizarse con las estructuras involucradas.

Estructuras fotosintéticas básicas

En las plantas, la fotosíntesis generalmente tiene lugar en las hojas, que constan de varias capas de células. El proceso de fotosíntesis ocurre en una capa intermedia llamada mesófilo. El intercambio gaseoso de dióxido de carbono y oxígeno se produce a través de pequeñas aberturas reguladas llamadas estomas (singular: estoma), que también desempeñan un papel en la regulación del intercambio gaseoso y el equilibrio hídrico. Los estomas generalmente se encuentran en la parte inferior de la hoja, lo que ayuda a minimizar la pérdida de agua debido a las altas temperaturas en la superficie superior de la hoja. Cada estoma está flanqueado por células de protección que regulan la apertura y el cierre de los estomas al hincharse o encogerse en respuesta a los cambios osmóticos.

En todos los eucariotas autótrofos, la fotosíntesis tiene lugar dentro de un orgánulo llamado cloroplasto. Para las plantas, las células que contienen cloroplasto existen principalmente en el mesófilo. Los cloroplastos tienen una envoltura de doble membrana (compuesta por una membrana externa y una interna) y se derivan ancestralmente de antiguas cianobacterias de vida libre. Dentro del cloroplasto hay estructuras apiladas en forma de disco llamadas tilacoides. Incrustada en la membrana tilacoide se encuentra la clorofila, un pigmento (molécula que absorbe la luz) responsable de la interacción inicial entre la luz y el material vegetal, y numerosas proteínas que componen la cadena de transporte de electrones. La membrana tilacoide encierra un espacio interno llamado luz tilacoide. Como se muestra en la (Figura), una pila de tilacoides se llama granum, y el espacio lleno de líquido que rodea el granum se llama estroma o "lecho" (que no debe confundirse con estoma o "boca", una abertura en la epidermis de la hoja ).


En un día caluroso y seco, las células protectoras de las plantas cierran sus estomas para conservar agua. ¿Qué impacto tendrá esto en la fotosíntesis?

Las dos partes de la fotosíntesis

La fotosíntesis tiene lugar en dos etapas secuenciales: las reacciones dependientes de la luz y las reacciones independientes de la luz. En las reacciones dependientes de la luz, la clorofila absorbe la energía de la luz solar y esa energía se convierte en energía química almacenada. En las reacciones independientes de la luz, la energía química recolectada durante las reacciones dependientes de la luz impulsa el ensamblaje de moléculas de azúcar a partir de dióxido de carbono. Por lo tanto, aunque las reacciones independientes de la luz no utilizan la luz como reactivo, requieren los productos de las reacciones dependientes de la luz para funcionar. Además, sin embargo, la luz activa varias enzimas de las reacciones independientes de la luz. Las reacciones dependientes de la luz utilizan ciertas moléculas para almacenar temporalmente la energía: se denominan portadores de energía. Los portadores de energía que mueven la energía de reacciones dependientes de la luz a reacciones independientes de la luz pueden considerarse "llenos" porque son ricos en energía. Después de que se libera la energía, los portadores de energía "vacíos" regresan a la reacción dependiente de la luz para obtener más energía. (Figura) ilustra los componentes dentro del cloroplasto donde tienen lugar las reacciones dependientes e independientes de la luz.


Obtenga más información sobre la fotosíntesis con Introducción a la fotosíntesis (página web)

Fotosíntesis en la tienda de comestibles


Las principales tiendas de comestibles de los Estados Unidos están organizadas en departamentos, como lácteos, carnes, frutas y verduras, pan, cereales, etc. Cada pasillo ((Figura)) contiene cientos, si no miles, de productos diferentes para que los clientes los compren y consuman.

Aunque existe una gran variedad, en última instancia, cada elemento puede vincularse a la fotosíntesis. Vínculo de carnes y lácteos, porque los animales fueron alimentados con alimentos de origen vegetal. Los panes, cereales y pastas provienen en gran parte de granos con almidón, que son las semillas de plantas dependientes de la fotosíntesis. ¿Qué pasa con los postres y las bebidas? Todos estos productos contienen azúcar; la sacarosa es un producto vegetal, un disacárido, una molécula de carbohidrato, que se construye directamente a partir de la fotosíntesis. Además, muchos artículos se derivan menos obviamente de plantas: por ejemplo, los artículos de papel son generalmente productos vegetales, y muchos plásticos (abundantes como productos y envases) se derivan de "algas" (organismos unicelulares similares a plantas y cianobacterias). Prácticamente todas las especias y aromatizantes en el pasillo de las especias fueron producidos por una planta en forma de hoja, raíz, corteza, flor, fruto o tallo. En última instancia, la fotosíntesis se conecta con cada comida y cada alimento que consume una persona.

Resumen de la sección

El proceso de fotosíntesis transformó la vida en la Tierra. Al aprovechar la energía del sol, la evolución de la fotosíntesis permitió a los seres vivos acceder a enormes cantidades de energía. Gracias a la fotosíntesis, los seres vivos obtuvieron acceso a suficiente energía que les permitió construir nuevas estructuras y lograr la biodiversidad que hoy es evidente.

Solo ciertos organismos (fotoautótrofos), pueden realizar la fotosíntesis, requieren la presencia de clorofila, un pigmento especializado que absorbe ciertas longitudes de onda del espectro visible y puede captar energía de la luz solar. La fotosíntesis usa dióxido de carbono y agua para ensamblar moléculas de carbohidratos y liberar oxígeno como subproducto a la atmósfera. Los autótrofos eucariotas, como las plantas y las algas, tienen orgánulos llamados cloroplastos en los que tiene lugar la fotosíntesis y se acumula el almidón. En procariotas, como las cianobacterias, el proceso está menos localizado y ocurre dentro de las membranas plegadas, extensiones de la membrana plasmática y en el citoplasma.

Conexiones de arte

(Figura) En un día caluroso y seco, las plantas cierran sus estomas para conservar agua. ¿Qué impacto tendrá esto en la fotosíntesis?

(Figura) Los niveles de dióxido de carbono (un sustrato fotosintético necesario) caerán inmediatamente. Como resultado, se inhibirá la tasa de fotosíntesis.

Respuesta libre

¿Cuál es el resultado general de las reacciones a la luz en la fotosíntesis?

El resultado de las reacciones de luz en la fotosíntesis es la conversión de energía solar en energía química que los cloroplastos pueden utilizar para realizar su trabajo (principalmente producción anabólica de carbohidratos a partir de dióxido de carbono).

¿Por qué los carnívoros, como los leones, dependen de la fotosíntesis para sobrevivir?

Porque los leones comen animales que comen plantas.

¿Por qué se piensa en los portadores de energía como "llenos" o "vacíos"?

Los portadores de energía que pasan de la reacción dependiente de la luz a la independiente de la luz están "llenos" porque aportan energía. Después de que se libera la energía, los portadores de energía "vacíos" regresan a la reacción dependiente de la luz para obtener más energía. No hay mucho movimiento real involucrado. Tanto el ATP como el NADPH se producen en el estroma donde también se utilizan y se reconvierten en ADP, Pi y NADP +.

Describe cómo la población de lobos grises se vería afectada por una erupción volcánica que arrojó una densa nube de ceniza que bloqueó la luz solar en una sección del Parque Nacional Yellowstone.

Los lobos grises son depredadores ápice en su red alimentaria, lo que significa que consumen animales de presa más pequeños y no son presa de ningún otro animal. Bloquear la luz solar evitaría que las plantas en la parte inferior de la red alimentaria realicen la fotosíntesis. Esto mataría muchas de las plantas, reduciendo las fuentes de alimento disponibles para los animales más pequeños en Yellowstone. Una población de animales de presa más pequeña significa que menos lobos pueden sobrevivir en el área y la población de lobos grises disminuirá.

¿Cómo limita la fotosíntesis el cierre de los estomas?

Los estomas regulan el intercambio de gases y vapor de agua entre una hoja y su entorno. Cuando los estomas están cerrados, las moléculas de agua no pueden escapar de la hoja, pero la hoja tampoco puede adquirir nuevas moléculas de dióxido de carbono del medio ambiente. Esto limita las reacciones independientes de la luz a que solo continúen hasta que se agoten las reservas de dióxido de carbono en la hoja.

Glosario


1.1.8.18: Una descripción general de la fotosíntesis: biología

Diario Oficial de la Sociedad Internacional de Investigación de la Fotosíntesis

Photosynthesis Research es una revista internacional que se ocupa de los aspectos básicos y aplicados de la fotosíntesis. Cubre todos los aspectos de la investigación de la fotosíntesis, incluida la absorción y emisión de luz, la transferencia de energía de excitación, la fotoquímica primaria, los sistemas de modelos, los componentes de la membrana, los complejos de proteínas, el transporte de electrones, la fotofosforilación, la asimilación de carbono, los fenómenos regulatorios, la biología molecular, los aspectos ambientales y ecológicos, la fotorrespiración. y fotosíntesis de bacterias y algas. La revista publica investigaciones en todos los niveles de la organización de las plantas: molecular, subcelular, celular, planta completa, dosel, ecosistema y global. Los manuscritos siempre son revisados ​​por autoridades reconocidas en el campo.

  • Analiza los aspectos básicos y aplicados de la fotosíntesis.
  • Incluye investigación en todos los niveles de la organización vegetal: molecular, subcelular, celular, planta completa, dosel, ecosistema, etc.
  • Cubre fotofosforilación, asimilación de carbono, fenómenos regulatorios, biología molecular, aspectos ambientales y ecológicos, fotorrespiración y más.

Descripción general de la fotosíntesis

Todos los organismos vivos de la tierra constan de una o más células. Cada célula funciona con la energía química que se encuentra principalmente en las moléculas de carbohidratos (alimentos), y la mayoría de estas moléculas se producen mediante un proceso: la fotosíntesis. A través de la fotosíntesis, ciertos organismos convierten la energía solar (luz solar) en energía química, que luego se usa para construir moléculas de carbohidratos. La energía utilizada para mantener unidas estas moléculas se libera cuando un organismo descompone los alimentos. Luego, las células usan esta energía para realizar un trabajo, como la respiración celular.

La energía que se aprovecha de la fotosíntesis ingresa a los ecosistemas de nuestro planeta de forma continua y se transfiere de un organismo a otro. Por lo tanto, directa o indirectamente, el proceso de fotosíntesis proporciona la mayor parte de la energía requerida por los seres vivos en la tierra.

La fotosíntesis también da como resultado la liberación de oxígeno a la atmósfera. En resumen, para comer y respirar, los seres humanos dependen casi por completo de los organismos que realizan la fotosíntesis.

Haga clic en el siguiente enlace para obtener más información sobre la fotosíntesis.

Dependencia solar y producción de alimentos

Algunos organismos pueden realizar la fotosíntesis, mientras que otros no. Un autótrofo es un organismo que puede producir su propio alimento. Las raíces griegas de la palabra autótrofo significa "yo" (auto) "Alimentador" (trofeo). Las plantas son los autótrofos más conocidos, pero existen otros, incluidos ciertos tipos de bacterias y algas ([enlace]). Las algas oceánicas aportan enormes cantidades de alimento y oxígeno a las cadenas alimentarias mundiales. Las plantas también son fotoautótrofos, un tipo de autótrofo que utiliza la luz solar y el carbono del dióxido de carbono para sintetizar energía química en forma de carbohidratos. Todos los organismos que realizan la fotosíntesis requieren luz solar.

Heterótrofos son organismos incapaces de realizar la fotosíntesis que, por tanto, deben obtener energía y carbono de los alimentos consumiendo otros organismos. Las raíces griegas de la palabra heterótrofo significa "otro" (hetero) "Alimentador" (trofeo), lo que significa que su alimento proviene de otros organismos. Incluso si el organismo alimentario es otro animal, este alimento tiene sus orígenes en los autótrofos y el proceso de fotosíntesis. Los seres humanos son heterótrofos, como todos los animales. Los heterótrofos dependen de los autótrofos, ya sea directa o indirectamente. Los ciervos y los lobos son heterótrofos. Un ciervo obtiene energía comiendo plantas. Un lobo que se come a un ciervo obtiene energía que originalmente proviene de las plantas que comió ese ciervo. La energía de la planta proviene de la fotosíntesis y, por lo tanto, es la única autótrofa en este ejemplo ([enlace]). Usando este razonamiento, todos los alimentos ingeridos por los humanos también se vinculan con los autótrofos que llevan a cabo la fotosíntesis.

Fotosíntesis en la tienda de comestibles

Las principales tiendas de comestibles de los Estados Unidos están organizadas en departamentos, como lácteos, carnes, frutas y verduras, pan, cereales, etc. Cada pasillo contiene cientos, si no miles, de productos diferentes para que los clientes los compren y consuman ([enlace]).

Aunque hay una gran variedad, cada elemento se vincula con la fotosíntesis. Las carnes y los productos lácteos se vinculan con la fotosíntesis porque los animales fueron alimentados con alimentos de origen vegetal. Los panes, cereales y pastas provienen en gran parte de los granos, que son las semillas de las plantas fotosintéticas. ¿Qué pasa con los postres y las bebidas? Todos estos productos contienen azúcar, la molécula de carbohidrato básica que se produce directamente a partir de la fotosíntesis. La conexión de la fotosíntesis se aplica a cada comida y a cada alimento que consume una persona.

Estructuras principales y resumen de la fotosíntesis

La fotosíntesis requiere luz solar, dióxido de carbono y agua como reactivos iniciales ([enlace]). Una vez que se completa el proceso, la fotosíntesis libera oxígeno y produce moléculas de carbohidratos, más comúnmente glucosa. Estas moléculas de azúcar contienen la energía que los seres vivos necesitan para sobrevivir.

Las complejas reacciones de la fotosíntesis se pueden resumir mediante la ecuación química que se muestra en [enlace].

Aunque la ecuación parece simple, los muchos pasos que tienen lugar durante la fotosíntesis son en realidad bastante complejos, ya que la reacción que resume la respiración celular representó muchas reacciones individuales. Antes de conocer los detalles de cómo los fotoautótrofos convierten la luz solar en alimento, es importante familiarizarse con las estructuras físicas involucradas.

En las plantas, la fotosíntesis tiene lugar principalmente en las hojas, que constan de muchas capas de células y tienen lados superior e inferior diferenciados. El proceso de fotosíntesis no ocurre en las capas superficiales de la hoja, sino en una capa intermedia llamada mesófilo ([Enlace]). El intercambio de gases de dióxido de carbono y oxígeno se produce a través de pequeñas aberturas reguladas llamadas estomas.

En todos los eucariotas autótrofos, la fotosíntesis tiene lugar dentro de un orgánulo llamado cloroplasto. En las plantas, existen células que contienen cloroplasto en el mesófilo. Los cloroplastos tienen una membrana doble (interna y externa). Dentro del cloroplasto hay una tercera membrana que forma estructuras apiladas en forma de disco llamadas tilacoides. Incrustadas en la membrana tilacoide hay moléculas de clorofila, a pigmento (molécula que absorbe la luz) a través de la cual comienza todo el proceso de fotosíntesis. La clorofila es responsable del color verde de las plantas. La membrana tilacoide encierra un espacio interno llamado espacio tilacoide. Otros tipos de pigmentos también participan en la fotosíntesis, pero la clorofila es, con mucho, el más importante. Como se muestra en [enlace], una pila de tilacoides se llama granum, y el espacio que rodea al granum se llama estroma (no confundir con los estomas, las aberturas de las hojas).

En un día caluroso y seco, las plantas cierran sus estomas para conservar agua. ¿Qué impacto tendrá esto en la fotosíntesis?

Las dos partes de la fotosíntesis

La fotosíntesis tiene lugar en dos etapas: las reacciones dependientes de la luz y el ciclo de Calvin. En el reacciones dependientes de la luz, que tiene lugar en la membrana tilacoide, la clorofila absorbe energía de la luz solar y luego la convierte en energía química con el uso de agua. Las reacciones dependientes de la luz liberan oxígeno de la hidrólisis del agua como subproducto. En el ciclo de Calvin, que tiene lugar en el estroma, la energía química derivada de las reacciones dependientes de la luz impulsa tanto la captura de carbono en las moléculas de dióxido de carbono como el posterior ensamblaje de las moléculas de azúcar. Las dos reacciones utilizan moléculas portadoras para transportar la energía de una a otra. Los portadores que mueven energía de las reacciones dependientes de la luz a las reacciones del ciclo de Calvin pueden considerarse "llenos" porque traen energía. Después de que se libera la energía, los portadores de energía "vacíos" regresan a las reacciones dependientes de la luz para obtener más energía.

Resumen de la sección

El proceso de fotosíntesis transformó la vida en la tierra. Al aprovechar la energía del sol, la fotosíntesis permitió a los seres vivos acceder a enormes cantidades de energía. Gracias a la fotosíntesis, los seres vivos obtuvieron acceso a suficiente energía, lo que les permitió desarrollar nuevas estructuras y lograr la biodiversidad que es evidente hoy.

Solo ciertos organismos, llamados autótrofos, pueden realizar la fotosíntesis; requieren la presencia de clorofila, un pigmento especializado que puede absorber la luz y convertir la energía luminosa en energía química. La fotosíntesis usa dióxido de carbono y agua para ensamblar moléculas de carbohidratos (generalmente glucosa) y libera oxígeno al aire. Los autótrofos eucariotas, como las plantas y las algas, tienen orgánulos llamados cloroplastos en los que tiene lugar la fotosíntesis.

Conexiones de arte

[enlace] En un día caluroso y seco, las plantas cierran sus estomas para conservar agua. ¿Qué impacto tendrá esto en la fotosíntesis?

[enlace] Los niveles de dióxido de carbono (un reactivo) bajarán y los niveles de oxígeno (un producto) aumentarán. Como resultado, la tasa de fotosíntesis se ralentizará.

Opción multiple

¿Qué dos productos resultan de la fotosíntesis?

  1. agua y dióxido de carbono
  2. agua y oxigeno
  3. glucosa y oxigeno
  4. glucosa y dióxido de carbono

¿Qué afirmación sobre los tilacoides en eucariotas es no ¿correcto?

  1. Los tilacoides se montan en pilas.
  2. Los tilacoides existen como un laberinto de membranas plegadas.
  3. El espacio que rodea a los tilacoides se llama estroma.
  4. Los tilacoides contienen clorofila.

¿De dónde obtiene directamente un heterótrofo su energía?

  1. el sol
  2. el sol y comer otros organismos
  3. comer otros organismos
  4. productos químicos simples en el medio ambiente

Respuesta libre

¿Cuál es el propósito general de las reacciones de luz en la fotosíntesis?

Convertir la energía solar en energía química que las células puedan utilizar para realizar su trabajo.

¿Por qué los carnívoros, como los leones, dependen de la fotosíntesis para sobrevivir?

Porque los leones comen animales que comen plantas.

Glosario


Why is photosynthesis important?

Most organisms rely on photosynthesis for nutrients, either directly (plants) or indirectly (by relying on plants as an energy source). Organisms that undergo photosynthesis are called photoautotrophs. Photoautotrophs sustain themselves by synthesising their own food from carbon dioxide and other raw materials, and are referred to as the biosphere’s “producers”. A diferencia de, heterotrophs sustain themselves by relying on the material produced by other organisms and are referred to as the “consumers”. Humans are an example of heterotrophs.

Photosynthesis is key for introducing energía into the ecosystem. It also removes lots of carbon dioxide from the atmosphere and produces oxygen por respiración celular.

Chloroplasts – the site of photosynthesis

The site of photosynthesis in green plants are the leaves. Cells are able to carry out photosynthesis because of structures termed cloroplastos, which are the centre of the reactions. Chloroplasts are specialised membrane-bound orgánulos found only in plants and some types of algae. Each cell may have up to 200 chloroplasts.

Chloroplasts are usually spherical o disc-shaped organelles in higher plants and are found in the citosol of the cell. Chloroplasts contain a pigment called clorofila, which absorbs the light energy driving photosynthesis. It is chlorophyll that gives chloroplasts their green colour.

Chloroplast structure

Chloroplasts have an inner and an outer membrana often referred to as the chloroplast envelope. Inside the chloroplasts, there is a protein-rich substance called the estroma. Within the stroma, there is a second membrane system called the thylakoid membrane, which consists of disc-shaped sub-structures, arranged into stacks called grana. A single granum comprises around 20-60 thylakoids. The thylakoids contain light-harvesting complexes and photosynthetic pigments (i.e. clorofila), and it is here that the initial reactions of photosynthesis take place.


2. The reactants of photosynthesis are carbon dioxide and water.

We’ve established that plants need carbon dioxide (CO2) y water (H2O) to produce their food, but where do these reactants come from and how do they get where they need to go inside the plant?

Plants take in carbon dioxide from the air through small openings in their leaves called stomata. Some plants (most monocots) have stomata on both sides of their leaves, and others (dicots and a few monocots) only have stomata on the underside, or lower epidermis.

Plants get water from the soil surrounding their roots, and water gets to the leaves by traveling through the xylem, part of the plant’s vascular system. In leaves, the xylem and phloem are contained in the vascular bundle.

Once inside the leaf, the carbon dioxide and water molecules move into the cells of the mesophyll, the layer of ground tissue between the upper and lower epidermis. Within these cells, organelles called chloroplasts use the carbon dioxide and water to carry out photosynthesis.


Photosynthesis

This multipart animation series explores the process of photosynthesis and the structures that carry it out.

Photosynthesis converts light energy from the sun into chemical energy stored in organic molecules, which are used to build the cells of many producers and ultimately fuel ecosystems. After providing an overview of photosynthesis, these animations zoom inside the cells of a leaf and into a chloroplast to see where and how the reactions of photosynthesis happen. The animations detail both the light reactions and the Calvin cycle, focusing on the flow of energy and the cycling of matter.

This animation series contains seven parts, which can be watched individually or in sequence. The first three parts are appropriate for middle school through college-level students. The remaining parts are appropriate for high school through college-level students Parts 5 and 6 are recommended for more advanced students. Depending on students’ background, it may be helpful to pause the animations at various points to discuss different steps or structures.

The accompanying “Student Worksheet” incorporates concepts and information from the animations. The animations are also available in a YouTube playlist or as a full-length YouTube video.

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Evolution of Photosynthesis

Energy conversion of sunlight by photosynthetic organisms has changed Earth and life on it. Photosynthesis arose early in Earth's history, and the earliest forms of photosynthetic life were almost certainly anoxygenic (non-oxygen evolving). The invention of oxygenic photosynthesis and the subsequent rise of atmospheric oxygen approximately 2.4 billion years ago revolutionized the energetic and enzymatic fundamentals of life. The repercussions of this revolution are manifested in novel biosynthetic pathways of photosynthetic cofactors and the modification of electron carriers, pigments, and existing and alternative modes of photosynthetic carbon fixation. The evolutionary history of photosynthetic organisms is further complicated by lateral gene transfer that involved photosynthetic components as well as by endosymbiotic events. An expanding wealth of genetic information, together with biochemical, biophysical, and physiological data, reveals a mosaic of photosynthetic features. In combination, these data provide an increasingly robust framework to formulate and evaluate hypotheses concerning the origin and evolution of photosynthesis.


Ver el vídeo: La fotosíntesis de las plantas. Ciencias naturales para niños (Mayo 2022).