Fotosíntesis: introducción y fotosíntesis anoxigénica

Simplificación de los intercambios
 que existen entre el sol, las células
 fotosintéticas y las células
 heterotróficas.

¿Cuántas cosas de un centro comercial podrías mencionar que estén directamente relacionadas con la fotosíntesis? ¿Cuántas de esas cosas son indispensables para ti y tu familia?
Cuando se habla de fotosíntesis se omite por simplicidad la dependencia que nuestra civilización tiene de este proceso. Se trata de la forma mediante la cual obtenemos nuestra energía y el oxígeno que respiramos; es el proceso que sostiene los demás procesos de un ecosistema y ha sido uno de los procesos más importantes en el desarrollo de la vida tal y como la conocemos.Las plantas son los organismos fotosintéticos por excelencia, pero además de ellas también otros organismos como las algas y las bacterias han desarrollado la capacidad de hacer fotosíntesis. El proceso químico consiste en utilizar la energía contenida en la luz para almacenarla en grandes compuestos químicos (polisacáridos) que posteriormente son utilizados por la planta para obtener energía.La fotosíntesis es el proceso por el cual los organismos producen su propio alimento (autotrofía), es decir, que permite tomar el carbono del dióxido de carbono para producir largas cadenas de azúcares que poseen en sus enlaces químicos energía almacenada. Este proceso ocurre en plantas y algas dentro del cloroplasto, un organelo especializado en realizar dos procesos químicos: la fotofosforilación, que utiliza la fotólisis del agua (ruptura de una molécula de agua mediante la energía lumínica) y la fijación del carbono, que es la incorporación de los átomos de carbono (C) en las moléculas de azúcares (polisacáridos). La fotofosforilación ocurre gracias a unas proteínas conocidas como fotosistemas, que captan la luz del sol gracias a los pigmentos de clorofila.
Posteriormente, del cloroplasto se envían los compuestos fijados hacia la mitocondria, donde se realizan todos los procesos que se estudiaron en la unidad anterior. Esta es la forma en que la planta consume la energía que produjo anteriormente. Sin embargo, en las plantas es posible que durante la fijación del carbono (conocida como ciclo de Calvin) se introduzca oxígeno en vez de carbono. Esto genera que los compuestos no se produzcan y por lo tanto se consuma energía. A este fenómeno es al que se le conoce como fotorrespiración, o consumo de energía durante la fotosíntesis.Los ecosistemas se componen básicamente de dos tipos de células: las células autotróficas y las células heterotróficas. Las células autotróficas producen su propio alimento a partir de fuentes de energía inorgánicas, como de los minerales o de la luz; este alimento suele tener la forma de carbohidratos, además de generar su propio ATP y su NADPH para producir otros compuestos más complejos. Las células heterotróficas, por otra parte, obtienen su energía a partir de la ingesta de materia orgánica, como de las plantas, de las algas o de otros animales, para con ello obtener carbohidratos y poder producir su propio ATP y su NADH.Las células autotróficas fotosintéticas son aquellas que utilizan como fuente de energía inorgánica la luz solar, gracias a que poseen proteínas asociadas a pigmentos que permiten capturar los fotones de los que está compuesta la luz.Existen dos tipos de fotosíntesis: la fotosíntesis anoxigénica convierte la energía luminosa en energía química sin producir oxígeno, mientras que la fotosíntesis oxigénica realiza la misma conversión junto con la producción de oxígeno. La fotosíntesis es la principal fuente de oxígeno de todos los ecosistemas y es la segunda fuente principal para obtener ATP.La fotosíntesis se realiza en la membrana plasmática de las bacterias, mientras que se realiza en los cloroplastos en las plantas y algas. En estos últimos organismos se producen dos compuestos principales: la sacarosa, un dímero de fructosa y glucosa, y el almidón, un polímero largo de puras glucosas. El almidón se produce y almacena en el cloroplasto, mientras que la sacarosa se produce en el citosol de la célula vegetal; el almidón se consume donde se produce, mientras que la sacarosa se transporta a los órganos vegetales que no realizan fotosíntesis, como las raíces o algunos tallos.

Características de los dos tipos de fotosíntesis, las reacciones que las componen y los productos.

La fotosíntesis anoxigénica

Diagrama de la fotosíntesis cíclica o anoxigénica de las bacterias.

La fotosíntesis en los procariontes se desarrolla en la membrana plasmática, donde se encuentran tres proteínas que permiten realizar la fotosíntesis. Hacia el interior de la membrana plasmática se encuentra el citosol, mientras que hacia afuera se encuentra el espacio periplasmático. La función de estas tres proteínas es comunicar ambas regiones:
1. Fotosistema con el centro de reacción bacteriano. Esta proteína posee clorofilas que capturan los fotones provenientes de la luz solar. Para iniciar la fotosíntesis se requieren 2 fotones. Estos fotones desprenden dos electrones de las clorofilas que comienzan a rebotar dentro de la proteína hasta llegar a una proteína móvil que flota sobre la membrana. Los electrones hacen que la proteína móvil (llamada quinona) adquiera dos cargas negativas. Las dos cargas negativas permiten a esta quinona secuestrar dos protones (2 H⁺) del citosol de la membrana. La quinona reducida (porque ganó electrones) viaja por la membrana hasta encontrar a una proteína llamada complejo citocromo bc₁.2.Complejo citocromo bc₁. La entrada de la quinona reducida a esta proteína (constituida por dos proteínas, b y c) genera un bombeo de protones (un protón) por cada quinona que libera sus protones hacia el espacio periasmático, el citocromo bc1 bombea otro protón. Sin embargo, los electrones liberados no se pierden en la membrana, sino que son capturados por otro citocromo que los devuelve a las clorofilas iniciales. Esto permite reiniciar el ciclo.3. Complejo F_OF₁ (ATPasa). Igual que la ATP sintasa de la mitocondria, esta proteína captura 4 H⁺ y los vuelve a ingresar al citosol. Este bombeo de protones mueve la enzima y produce ATP a partir de ADP. De esta manera se produce la energía que las bacterias necesitan para sobrevivir.La otra forma de fotosíntesis procarionte es la oxigénica, que es la misma que realizan todas las algas y plantas. Esto se debe a que los cloroplastos son organelos que surgieron a partir de un proceso de endosimbiosis entre cianobacterias (las anteriormente llamadas algas cianofíceas o algas verde-azules) y eucariontes primitivos.

En equipos pequeños elijan un centro comercial, mercado o tianguis para realizar el siguiente trabajo de campo.

Considerando que la fotosíntesis es realizada por las plantas, las algas y algunas bacterias, recorrer los pasillos de un centro comercial, mercado o tianguis e identificar todos los productos que son derivados directa o indirectamente de la fotosíntesis.

Son derivados directos de la fotosíntesis aquellos productos de origen vegetal (frutas, vegetales, madera, celulosa).

Son derivados indirectos de la fotosíntesis aquellos que requirieron del consumo de materia vegetal (la carne, por ejemplo) o de algún derivado vegetal (el algodón).

Clasifiquen en la siguiente tabla sus resultados.

Competencia disciplinar básica: Valora las preconcepciones personales o comunes sobre diversos fenómenos naturales a partir de evidencias científicas.Competencia disciplinar extendida: Diseña modelos o prototipos para resolver problemas, satisfacer necesidades o demostrar principios científicos
Derivados de la fotosíntesisIntegrantes del equipo: _______________________________________________________________Lugar visitado: ________________________________________________________.

Productos derivados directosProductos derivados indirectosProductos no derivados de fotosíntesisProductos derivados directosProductos derivados indirectosProductos no derivados de fotosíntesis

Reporte de los resultadosTotal de productos directosTotal de productos derivados de origen vegetal (plantas): _________________________________Total de productos derivados de origen ficológico (algas): _________________________________Total de productos derivados de origen bacteriológico (bacterias): _________________________Total de productos indirectosTotal de productos de origen animal: ____________________Total de productos de otro origen: ______________________
Análisis de los resultadosDetermina el porcentaje de productos derivados de cada origen y realiza una tabla como la que se muestra en el siguiente ejemplo. Acompaña tu reporte con un diagrama de áreas como el que se ilustra a continuación.

ORIGENPORCENTAJE

Directo60%

Vegetal45%

Ficológico10%

Bacteriológico5%

Indirecto20%

Animal15%

Otro5%

No derivado de la fotosíntesis20%

Discusión de los resultados
Imagina que por alguna razón la fotosíntesis deja de ocurrir con la misma eficiencia en el planeta, de modo que solamente las algas y las bacterias son capaces de fotosintetizar ¿Cómo cambiaría el sitio que fuiste a estudiar (centro comercial, mercado o tianguis)? ¿Qué productos dejarían de existir? ¿Qué productos existirían?Rúbrica para evaluar el escenario didáctico

Aspecto0123

Recolección de datosLa tabla no está elaborada.La tabla no corresponde a un ejemplo real; o no hay una clasificación adecuada de la información.La tabla contiene un listado completo de un lugar real; contiene algunos errores.La tabla contiene un listado completo de un lugar real; no contiene errores en la clasificación de la información.

Reporte de los resultadosNo contabiliza los productos.La contabilización está incompleta.La contabilización está completa, pero con errores.La contabilización está libre de errores.

Análisis de resultadosFaltan la tabla de porcentajes y el gráfico.Falta o la tabla de porcentajes o el gráfico.Se encuentran tanto la tabla como el gráfico, pero con errores.Se encuentran tanto la tabla como el gráfico, pero sin errores.

Discusión de los resultadosNo elabora discusión.Responde a una de las tres preguntas.Responde a dos de las preguntas.Responde las tres preguntas.

PresentaciónNo hubo.Descuidada: muchos errores de ortografía y gramática.Cuidada: pocos errores de ortografía y gramática.Excelente: no presenta ningún error.

Total de puntos: ______/15 = _____%
Fotosíntesis: introducción y fotosíntesis anoxigénica por Omar Rafael Regalado Fernandez se distribuye bajo una Licencia Creative Commons Atribución-NoComercial-SinDerivar 4.0 Internacional. Las imágenes de este apartado se encuentran bajo dominio público a excepción de que se indique lo contrario.
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