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Fotosíntesis y respiración

La fotosíntesis tiene que ver con la forma cómo las plantas transforman la energía solar en energía química liberando al mismo tiempo oxígeno y agua y almacenando la energía bajo la forma de carbohidratos. La respiración se refiere al proceso mediante el cual las plantas toman oxígeno y desprenden dióxido de carbono. Ambos procesos son inversos.


A principios del siglo XVII el científico Jean Baptiste Van Helmont planificó un experimento que resultó de gran importancia. Llenó una cuba con 100 Kgs. de tierra que había secado previamente en un horno, luego la empapó bien con agua de lluvia y plantó un árbol de sauce. Durante los cinco años de crecimiento regaba el suelo con agua de lluvia y le hizo una cubierta para evitar que cayera tierra en la cuba. El árbol creció más y más.



Jean Baptiste Van Helmont

Después de cinco años sacó el árbol con sus raíces y encontró que pesaba 84.586 Kgs., secó la tierra y encontró que faltaban 56 gramos para llegar al peso original. Concluyó entonces que 82.030 Kgs. de madera, corteza y raíces procedían del agua exclusivamente.


Joseph Priestley
Van Helmont trabajó a principios del siglo XVII cuando se sabía poco del crecimiento de las planta. Hoy se sabe que las plantas absorben algo más que agua. Años después Joseph Priestley, a fines del siglo XVIII, descubrió que además de agua, absorbe bióxido de carbono del aire y las plantas verdes despiden o exhalan oxígeno. Siete años más tarde Ian Ingenhousz demostró que las plantas pueden dar oxígeno sal aire cuando hay suficiente luz solar, lo cual afirma que la luz es necesaria para la producción de oxígeno.

La vida sobre la tierra existe gracias a dos procesos vitales: La fotosíntesis y la respiración
.


La fotosíntesis

En la fotosíntesis las células con clorofila de las plantas verdes atrapan una pequeña cantidad de energía luminosa para convertir el dióxido de carbono que toman del aire y el agua que toman del suelo en azúcar y oxígeno que es energía química. Se estudian juntas porque son dos funciones metabólicas antagónicas, pero complementarias ya que dependen la una de la otra. Haz click aquí para observar el esquema que representa este proceso


Se ha avanzado mucho, sobre todo en los últimos años, en cuanto a los procesos de la fotosíntesis, aunque todavía hay aspectos que no se conocen suficientemente. El proceso se puede empezar a partir de la siguiente reacción química:


Este proceso se realiza en un organoide llamado cloroplasto que es único y exclusivo de las células vegetales y tienen en su interior la clorofila. Se considera que se produce en dos fases sucesivas: Una, en presencia de luz o reacción fotoquímica y la otra se da en la fase oscura o afotónica.


¿Qué ocurre en la fase luminosa?

Es la primera fase del proceso fotosintético y ocurre en las membranas tilacoidales de los cloroplastos y en presencia de luz, poseen dos sistemas: un sistema de pigmentos que captan la luz y un sistema o cadena de transporte de electrones. En esta fase la clorofila capta la luz, "se excita" y trae como consecuencia tres sucesos:

1. Fotólisis del agua ()

2. Síntesis de nicotinamida - adenin - dinucleótido fosfato (NADPH)

3.Síntesis de adenosin - trifosfato (ATP)


La fotolisis del agua
ocurre por descomposición de la molécula de agua en sus elementos constituyentes (H y O) por acción de la luz.

 
El oxígeno es liberado (O2) a la atmósfera a través de los estomas de las hojas.
 
La síntesis del (NADPH) se forma a partir del NADP+ el cual acepta electrones.

 
La síntesis de adenosin - trifosfato (ATP) se forma a partir del adenosin - difosfato (ADP) y el fosfato inorgánico (Pi)


¿Que ocurre en la etapa oscura?

En esta etapa se realiza la síntesis de la glucosa mediante la participación del NADPH y el ATP producidos en la etapa luminosa además del Dióxido de Carbono () que es tomado de la atmósfera, en esta etapa no se requiere de luz para realizar sus funciones. La síntesis de la glucosa ocurre en el estroma de los cloroplastos e implica una serie de reacciones químicas que forman el llamado Ciclo de Calvin las fases más importantes de este ciclo son:

  • Fijación del dióxido de carbono.
  • Síntesis de azúcares.
  • Regeneración de la ribulosa - 1,5 - difosfato.
La Respiración
 
La mayoría de los seres vivos realizan esta función, mediante la cual toman el oxígeno de la atmósfera y expulsan el dióxido de carbono, además del agua dicho, en otros términos en la transformación de la molécula de azúcar y oxigeno, producto de la fotosíntesis en dióxido de carbono, agua y ATP. Los animales poseen estructuras respiratorias como pulmones, bronquios, traqueas o piel según sea la especie del animal, mientras que las plantas respiran a través de los estomas de las hojas.

Cualquiera que sea la manera de como se incorpora el oxígeno al organismo, el destino es llegar a la célula donde se produce la respiración celular y en organoide especifico llamado Mitocondria que se encuentra en la célula ya sea animal o vegetal. El proceso de respiración no es igual para todas las células ya que existen dos tipos de respiración, según sean los requerimientos de oxígeno por parte de la célula; respiración aeróbica y anaeróbica .

¿Que es la respiración aeróbica?

Es un conjunto de reacciones químicas que ocurren intracelularmente y consiste en la degradación de la glucosa hasta que se convierte en , agua y energía en forma de ATP en presencia de oxigeno. La respiración comprende tres procesos: La glucólisis, el Ciclo de Krebs y la cadena de transporte de electrones.

El objetivo final de la respiración celular es producir la energía que la célula necesita para realizar trabajo mecánico, químico y de transporte. La ecuación química de la respiración aeróbica es:


¿Que es la glucólisis?

En este proceso la molécula de glucosa se desdobla para dar origen a: dos moléculas de Ácido Pirúvico donde cada una de ella posee tres átomos de carbono liberando energía. El ácido pirúvico resultante de la glucólisis se oxida y forma el ácido acético que se combina con la coenzima A para formar el acetil coenzima A.


¿Que es el Ciclo de Krebs?

Son una serie de reacciones que se realizan en todas las células desde las procariotas hasta las eucariotas. Esto ocurre en las mitocondrias y durante este ciclo se liberan 2 moléculas de por cada molécula de ácido pirúvico. El ciclo ocurre de la siguiente manera:

  • La molécula de dos carbonos, ácido acético, que se origino por el desdoblamiento de una molécula de ácido pirúvico entra en una serie de reacciones químicas conocidas como el ciclo de Krebs
  • El ácido acético () se combina con el ácido oxalacético () para dar origen al ácido cítrico
    ().
  • El ácido cítrico () pierde un y se origina el ácido cetoglutárico ().
  • El ácido cetoglutárico () pierde un y se transforma en ácido oxalacético () que se combina nuevamente con el ácido acético para iniciar el ciclo.


¿Qué es la cadena transportadora de electrones?

Durante el proceso de transferencia de carbonos que ocurre en el ciclo de Krebs no se obtuvo energía, es sólo a través de la transferencia del hidrógeno que la energía se libera en la respiración. Durante el ciclo de Krebs los hidrógenos y los electrones son transferidos al oxígeno desde ciertos productos del ácido cítrico. Cuando se esta está dando la transferencia de electrones, se efectúa la máxima liberación de energía y se captura en forma de ATP. Los electrones de los átomos de hidrógeno son transferidos por unas enzimas conocidas como cadena respiratorio. En le transcurso de la respiración, aproximadamente la mitad de la energía que tiene la molécula de azúcar es convertida en ATP obteniéndose 38 moléculas de ATP.


¿Qué ocurre en la respiración anaeróbica?


Este tipo de respiración se caracteriza por una serie de reacciones en las que se obtienen energía (ATP) a partir de compuestos orgánicos. El proceso fundamentalmente consiste en realizar la oxidación del alimento o materia orgánica. Los productos finales de la respiración anaeróbica no son tan simples, ya que se obtienen productos que almacenan bastante energía y dióxido de carbono. Esta respiración es propia de organismos poco evolucionados y son de gran utilidad ya que esto permite explicar los fenómenos de fermentación y putrefacción de ciertos alimentos.

Se puede decir que la fermentación consiste en el catabolismo anaeróbico de los nutrientes orgánicos para producir ATP, además de alcohol etílico, ácido láctico, acetato, ácido butírico y otros. Hay dos tipos de fermentación importantes:

  • la fermentación alcohólica que es producida por algunos microorganismos como ciertas bacterias y hongos que degradan la glucosa hasta producir alcohol, y
  • la fermentación homoláctica que puede ocurrir en los músculos y producir ácido láctico. Esta se da en ausencia de oxígeno y es propia de los organismos inferiores y poco evolucionados como las bacterias y los hongos microscópicos conocidos como levaduras.

 

Actividad en clase:
Conoces el juego de la vieja? Bueno, te proponemos lo siguiente:

  • Invita a un compañero o compañera a jugar, o dividan la clase en dos equipos.
  • Pide a tu profesor o profesora que actúe como jurado en el juego.
  • Procederán de las misma forma que en el juego habitual, utilizando los símbolos X y O. Ganará quien primero coloque sus tres símbolos en línea.
  • Por sorteo, decidirán quién inicia el juego.
  • Antes de colocar el símbolo seleccionado quien esté en el turno de juego deberá contestar una pregunta de las que aparecen al final del enrejado, seleccionada por el profesor; si no lo hace correctamente, perderá el turno y se lo cederá a su compañero de juego.

    Preguntas:
    1. Definir: Glucólisis y Respiración anaeróbica (esto es como ejemplo, se puede definir otras palabras).
    2. ¿En que organelo se realiza el proceso de respiración?
    3. ¿A que se denomina fotosíntesis?
    4. ¿Cual es el producto final del proceso de fotosíntesis?
    5. ¿En que tipo de célula se realiza la fotosíntesis?
    6. ¿Cómo esta formado un cloroplasto?
    7. ¿Que reacciones ocurren en la fase luminosa de la fotosíntesis?
    A esto se pueden agregar más preguntas si se quiere repetir el juego.

Tomado de: Brandwein, P. F., Burnett, R. y Stollberg, R. (1.970).
Biología: La vida, sus formas y sus cambios.
México D.F. : Publicaciones Cultural S.A.
Di Parsia, A, ( 1.998). Biología . Caracas: Editorial Monfort.
Mazparrote, S. (1998). Ciencias Biológicas. Caracas:
Editorial Biosfera.
National Sciencie Teachers Association. Electronic Energy Library. (1.998).
Energy Luminaries. Tomado enero 27, 2.002, de la World Wide Web: http://www.nsta.org/Energy/find/luminaries/
Ruiz, A. (1.987). Estudios de la Naturaleza. 7ª grado.
Caracas: Editorial Triangulo.
Ruiz Alvaro, (1998) Biología 9º grado. Caracas: Editorial Triangulo.
Tineo A. Y Feliu Z. (1997) Ciencias Biológicas. Caracas: Ediciones CO-BO.

Fuentes de fotografias
http://www.md.ucl.ac.be/celil/vanhelmont.html
http://jquarter.members.beeb.net/morelunar.htm

 
 
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