sábado, 7 de septiembre de 2013
UNIDAD I
LA CÉLULA COMO UNIDAD DE CONSTITUCIÓN Y FUNCIONAMIENTO DE LOS
SERES VIVOS
CONTENIDO 4:
Fotosíntesis y respiración celular.
Propósito:
- Relacionar las funciones de fotosíntesis y respiración a nivel celular.
- Reconocer que la función fotosintética es esencial para la vida en la tierra.
- Identificar los productos de la fotosíntesis y de la respiración celular.
FOTOSÍNTESIS Y RESPIRACIÓN CELULAR
LA FOTOSÍNTESIS
Proceso
biológico mediante el cual los vegetales provistos de clorofila captan energía
solar, y a partir de anhídrido carbónico y agua sintetizan sustancias
orgánicas, principalmente glúcidos, y liberan oxígeno.
Pigmentos fotosintéticos (intervienen
directamente en la fotosíntesis)
·
Clorofila
a: presente
en plantas superiores.
·
Clorofila
b: presente
en plantas superiores pero difieren de las anteriores por su estructura.
·
Clorofila
c: presente
en las algas.
·
Bacterioclorofila: presente
en algunas bacterias.
Pigmentos accesorios (no participan directamente en
la fotosíntesis):
· Los
Carotenoides: se caracterizan por manifestar colores como el
rojo, naranja (b-catoteno), amarillo (xantófila). Responsable de los colores
llamativos en las plantas.
FASES DE LA FOTOSÍNTESIS
Fase luminosa o reacción
fotoquímica:
Estas
reacciones solamente se llevan a cabo en presencia de luz. La energía
proveniente de la luz solar está formada por pequeñas partículas, cada una de
las cuales constituyen un fotón, unidad de luz o quantum de energía luminosa. Los
fotones activan las moléculas de clorofila iniciándose el proceso con la
primera reacción química, durante la cual se produce la fotosíntesis como lo es
la ruptura de la molécula del agua, separando sus componentes, hidrógeno y
oxígeno y, este último es liberado al ambiente.
La
energía liberada por la luz se transforma en ATP (Adenosin trifosfato), compuesto
rico en energía que se forma al incorporar al ADP (Adenosin difosfato),
presente en los cloroplastos, una molécula de fosfato.
El hidrógeno que es un elemento
reductor, es captado por el NADP (Nicotinamida dinucleótido) o aceptor de
hidrógeno para formar el NADPH2 después de una serie de reacciones intermedias
en las que intervienen varias enzimas. Durante esta fase se produce, además de
glucosa, oxígeno y agua.
Fase de oscuridad o reacción
termoquímica:
Se
realiza a nivel del estroma de los cloroplastos. Para que se realice no es
necesaria la presencia de luz, ya que ésta ocurre en forma independiente de la
luz.
Durante
la fase luminosa la energía captada por la clorofila se transforma en energía
química acumulándose momentáneamente en el ATP y en el NADPH2, mediante una transferencia.
Una vez que el ATP libera la energía, se forma el ADP.
Igual
sucede con el NADPH2, que al oxidarse pierde la energía y se convierte en NADP.
Tanto
el ADP como el NADP, son reutilizados nuevamente en la fase luminosa. Mientras
tanto el CO2 (Dióxido de carbono), absorbido por la célula, reacciona con el H2
y una molécula de 5 carbonos y como resultado de esta reacción, se forman
moléculas inestables que poseen 6 átomos de carbono a partir de las cuales se
puede producir todo tipo de glúcido (almidón, glucosa, celulosa, entre otros), u
otros compuestos que almacenan la energía química cedida por el ATP y el NADPH2.
Lo que sucede en la fase oscura:
COMPARACIONES
|
|
FASE LUMINOSA
|
FASE OSCURA
|
·
Ocurre en las granas de
los cloroplastos.
·
Para que ocurra es
necesario una fuente de Energía luminosa (la solar), ésta es absorbida por la
clorofila, lo que hace que ésta se excite y provoque el desprendimiento de un
electrón de la misma, el cual realiza una transferencia de energía para la
producción de las moléculas energéticas como lo es el ATP.
Energía
ADP +P__________ATP
·
Además esa energía
produce la fotólisis del agua, ocasionando que se libere el oxígeno y el
hidrógeno que queda sea aceptado por el NADP.
Energía
NADP + H ________
NADPH2
|
·
Se realiza a nivel del estroma de los
cloroplastos.
·
Para que se realice no es necesario la luz.
·
La energía química acumulada en el ATP y NADPH,
una vez liberado se transforma de nuevo en ADP y NADP que luego serán
reutilizados en la fase luminosa.
·
Mientras tanto el CO2, se une con el Hidrógeno y
otro de 6 carbonos formando glúcidos como (almidón, glucosa, celulosa),
además de producirse agua.
|
IMPORTANCIA DE LA FOTOSÍNTESIS
- La función fotosintética permite la continuidad de la vida sobre el planeta tierra al ser utilizado el material orgánico vegetal, como fuente de energía para los animales y los vegetales que no tienen esta propiedad.
- Durante el proceso de la fotosíntesis se desprende la mayor parte del oxígeno que utilizan los animales para la función respiratoria de las células.
LA RESPIRACIÓN CELULAR
La respiración celular tiene como finalidad
la liberación de energía química contenida en la glucosa para su utilización en
el organismo. Ocurre en distintas estructuras celulares. La
primera de ellas es la glucólisis que ocurre en el citoplasma. La
segunda etapa dependerá de la presencia o ausencia de O2 en el medio,
determinando en el primer caso la respiración aeróbica (ocurre en las
mitocondrias), y en el segundo caso la respiración anaeróbica o fermentación
(ocurre en el citoplasma).
ETAPAS DE LA RESPIRACIÓN CELULAR
GLUCÓLISIS
La glucólisis, lisis o escisión de la glucosa,
tiene lugar en una serie de nueve reacciones, cada una catalizada por una
enzima específica, hasta formar dos moléculas de tres carbonos llamado ácido
pirúvico y a su vez libera energía. La ganancia neta es de dos moléculas de
ATP, y dos de NADH por cada molécula de glucosa.
VÍAS ANAERÓBICAS
El ácido pirúvico puede tomar por una de varias vías. Dos son anaeróbicas (sin
oxígeno) y se denomina FERMENTACIÓN
ALCOHÓLICA y FERMENTACIÓN LÁCTICA.
A la falta de oxígeno, el ácido pirúvico puede convertirse en etanol (alcohol
etílico) o ácido láctico según el tipo de célula. Por ejemplo, las células de
las levaduras pueden crecer con oxígeno o sin él. Al extraer jugos azucarados
de las uvas y al almacenarlos en forma anaerobia, las células de las levaduras
convierten el jugo de la fruta en vino al convertir la glucosa en etanol.
Cuando el azúcar se agota las levaduras dejan de fermentar y en este punto la
concentración de alcohol está entre un 12 y un 17 % según sea la variedad de la
uva y la época en que fue cosechada. La formación de alcohol a partir del
azúcar se llama fermentación.
Fermentación alcohólica
El ácido pirúvico formado en la
glucólisis se convierte anaeróbicamente en etanol. En el primer caso se libera
dióxido de carbono, y en el segundo se oxida el NADH y se reduce a acetaldehído.
Otras células, como por ejemplo los glóbulos rojos, las células musculares y
algunos microorganismos transforman el ácido Pirúvico en ácido láctico.
En el caso de las células musculares,
la fermentación láctica, se produce como resultado de ejercicios extenuantes durante
los cuales el aporte de oxígeno no alcanza a cubrir las necesidades del
metabolismo celular. La acumulación del ácido láctico en estas células produce
la sensación de cansancio muscular que muchas veces acompaña a esos ejercicios.
Fermentación láctica
En esta reacción el NADH se oxida y el
ácido pirúvico se reduce transformándose en ácido láctico.
La fermentación: sea ésta alcohólica o láctica ocurre en el citoplasma.
Esquema bioquímico del proceso de fermentación
A) Alcohólica
: 2 ácido pirúvico + 2 NADH Þ 2 etanol + 2 CO2 + 2 NAD+
B) Láctica
: 2 ácido pirúvico + 2 NADH Þ 2 ácido láctico + 2 NAD+
|
La finalidad de la fermentación es
regenerar el NAD+ permitiendo que la glucólisis continúe y produzca una
provisión pequeña pero vital de ATP para el organismo.
RESPIRACIÓN AERÓBICA
En presencia de oxígeno, la etapa siguiente de la degradación de la glucosa es
la respiración, es decir la oxidación escalonada del ácido pirúvico a dióxido
de carbono y agua. La respiración aeróbica se cumple en dos etapas: el ciclo de
Krebs y el transporte de electrones y la fosforilación oxidativa (estos dos
últimos procesos transcurren acopladamente). En las células eucariotas estas
reacciones tienen lugar dentro de las mitocondrias; en las procariotas se
llevan a cabo en estructuras respiratorias de la membrana plasmática.
CICLO DE KREBS
El ciclo de Krebs ocurre en las mitocondrias de
las células eucariotas y en el citoplasma de las células procariotas.Comprende una serie de reacciones que partiendo
del grupo acético, se transforman en ácido cítrico y posteriormente origina una
secuencia de combinaciones en productos finales como anhídrido carbónico y agua
según la siguiente reacción:
CADENA TRANSPORTADORA DE ELECTRONES
Comprende una serie de reacciones
entre diversas sustancias, durante las cuales los electrones van perdiendo
energía gradualmente de modo que al llegar al último elemento de la cadena
están a un nivel bajo de energía semejante al que poseía cuando estaba en la
clorofila. El último elemento de la cadena es el oxígeno molecular (O2) que al recibir el hidrógeno ahora
con electrones no excitados produce agua. Al final se producen los siguientes compuestos:
H2O, CO2 y 38 moléculas de ATP.
RELACIONES ENTRE LA FOTOSÍNTESIS Y LA RESPIRACIÓN
Existe una relación estrecha entre la fotosíntesis y la respiración celular. En efecto, por medio de la fotosíntesis, los cloroplastos presentaes en todas las células eucariotas captan la energía solar y la usan para convertir el agua y el dióxido de carbono en carbohidratos, tales como glucosa, almidón y otros. Además durante ese proceso las plantas liberan oxígeno en la atmósfera con lo que purifican el ambiente y facilitan la respiración de los seres vivos.
Las mitocondrias que en las células son las responsables de la respiuración, desdoblan los carbohidratos y capturan la energía contenida en ellos y la almacenan en forma de ATP. Durante este proceso se consume oxígeno, y como productos finales se producen dióxido de carbono y agua . De esta manera se completa el ciclo iniciado con la fotosíntesis.
Existe por tanto una complementación entre la fotosíntesis y la respiración, pues los productos finales de aquella, son utilizados por ésta.
DIFERENCIAS ENTRE LA FOTOSÍNTESIS Y LA RESPIRACIÓN
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