En esta lección
- Video de la lección (próximamente)
- Apuntes de la lección
- Ejemplos resueltos
- Ideas clave
- Alineación con NGSS
Llévatelo
Pregunta esencial
¿Cómo capturan los productores la energía de la luz solar?
Casi todas las cadenas alimenticias empiezan con una planta, un alga o una bacteria que captura la luz solar. En esta lección verás cómo la fotosíntesis convierte la energía de la luz en energía química almacenada en azúcar. Descubrirás en qué parte de la célula ocurre, cómo llegan hasta ahí las materias primas y por qué las hojas son verdes.
Video de la lección próximamente. Mientras tanto, lee la lección que aparece abajo.
La fotosíntesis almacena la energía de la luz en azúcar
- Reactivos: CO2, H2O y energía de la luz
- Productos: glucosa (C6H12O6) y O2
- La energía de la luz se convierte en energía química en la glucosa
- La realizan las plantas, las algas y algunas bacterias
La fotosíntesis es el proceso que captura la energía de la luz y la almacena como energía química en los enlaces de la glucosa: 6CO2 + 6H2O + energía de la luz → C6H12O6 + 6O2. El dióxido de carbono y el agua se reacomodan para formar un azúcar y oxígeno gaseoso. El azúcar contiene mucha más energía química que el dióxido de carbono y el agua con los que se formó, y esa energía extra vino de la luz. Las plantas y las algas realizan la fotosíntesis, y también algunas bacterias. Estos productores fabrican el alimento del que depende el resto de una red alimenticia.
Dentro del cloroplasto
- Cloroplastos: organelos donde ocurre la fotosíntesis
- Una doble membrana rodea al cloroplasto
- Tilacoides: sacos planos apilados en grana
- Estroma: el fluido que rodea a los tilacoides
En las plantas y las algas, la fotosíntesis ocurre en los cloroplastos. Un cloroplasto tiene una doble membrana. Dentro hay un fluido llamado estroma y un sistema de sacos planos en forma de disco llamados tilacoides. Los tilacoides están apilados en montones llamados grana (un montón es un granum). El pigmento verde clorofila está integrado en las membranas de los tilacoides, donde absorbe la luz. Las bacterias fotosintéticas no tienen cloroplastos, así que realizan la fotosíntesis en sus propias membranas y en su citoplasma.
De la hoja al cloroplasto
- El CO2 entra por los estomas
- Los espacios de aire dejan que el CO2 llegue a las células
- El agua sube desde las raíces por el xilema
- El O2 sale por los estomas
Una hoja está construida para llevar las materias primas a sus cloroplastos. El dióxido de carbono entra por unos poros diminutos llamados estomas (un poro es un estoma) y luego se esparce por los espacios de aire hasta las células. El agua sube desde las raíces por el xilema, los tubos de agua que conociste en la Unidad 1. La luz atraviesa la hoja, delgada y plana, para llegar a los cloroplastos. El oxígeno que produce la fotosíntesis sale por los mismos estomas. Tanto el CO2 como el O2 entran y salen de la hoja por difusión.
Por qué las hojas se ven verdes
- La clorofila absorbe mejor la luz azul y la roja
- La clorofila refleja la luz verde
- La luz absorbida impulsa la fotosíntesis
- La luz reflejada llega a tus ojos
La luz del Sol se ve blanca, pero es una mezcla de colores. La gráfica muestra cuánta luz de cada longitud de onda absorbe la clorofila (valores de muestra). La clorofila absorbe con fuerza la luz azul (cerca de 450 nm) y la luz roja (cerca de 675 nm), pero absorbe poco la luz verde (cerca de 550 nm). La luz verde que no se absorbe se refleja hacia tus ojos, y por eso las hojas se ven verdes. Solo la luz que se absorbe puede aportar energía para la fotosíntesis.
Qué hacen las plantas con la glucosa
- Respiración celular: liberar energía en forma de ATP
- Almidón: almacenar energía y carbono
- Celulosa: construir paredes celulares
- Aminoácidos y lípidos: construir otras moléculas
La glucosa es el punto de partida de casi todo lo que necesita una planta. La planta descompone parte de la glucosa en la respiración celular para producir ATP, la molécula de energía que usan las células. Une la glucosa en almidón para almacenar energía y carbono, y en celulosa para construir paredes celulares. También usa el carbono, el hidrógeno y el oxígeno del azúcar, junto con otros elementos como el nitrógeno, para fabricar aminoácidos, lípidos y otras moléculas grandes (Unidad 1). Los animales que comen la planta reciben todas esas moléculas y la energía almacenada en ellas.
Ejemplos resueltos
Primero intenta resolver cada problema por tu cuenta y luego abre la solución para revisar tu trabajo.
Ejemplo 1: Balancear los reactivos y los productos
Un estudiante escribe la ecuación de la fotosíntesis, 6CO2 + 6H2O + energía de la luz → C6H12O6 + 6O2. Si una hoja absorbe 18 moléculas de CO2, ¿cuántas moléculas de agua necesita y cuántas moléculas de glucosa y de oxígeno produce? Comprueba que los átomos estén balanceados.
Mostrar la solución
- Escala la ecuación: 18 CO2 es 3 veces 6 CO2, así que multiplica todos los coeficientes por 3.
- Reactivos: 3 × 6 = 18 H2O
- Productos: 3 × 1 = 3 C6H12O6 y 3 × 6 = 18 O2
- Comprueba el carbono: 18 C en 18 CO2; 3 × 6 = 18 C en 3 glucosas. Comprueba el oxígeno: 18 × 2 + 18 × 1 = 54 O que entran; 3 × 6 + 18 × 2 = 54 O que salen.
- Respuesta: Entran 18 H2O; salen 3 glucosas y 18 O2. Todos los átomos están balanceados.
Ejemplo 2: ¿Qué colores usa la clorofila?
Usa la gráfica de absorción. (a) ¿Qué colores absorbe más la clorofila y cuál absorbe menos? (b) ¿Cuántas veces más luz azul (450 nm) que luz verde (550 nm) absorbe? (c) Una planta crece bajo una lámpara que solo emite luz verde. Predice su velocidad de fotosíntesis y explica.
Mostrar la solución
- (a) Lee la gráfica: la absorción es mayor en 450 nm (azul, 0.95) y en 675 nm (rojo, 0.90), y menor en 550 nm (verde, 0.10).
- (b) Compara: 0.95 ÷ 0.10 = 9.5, así que la clorofila absorbe cerca de 9.5 veces más luz azul que luz verde.
- (c) Predice: la velocidad será baja.
- Razonamiento: la clorofila absorbe solo cerca del 10% de la luz verde, así que se captura poca energía de la luz y la planta almacena poca energía como glucosa.
- Respuesta: Más: azul y rojo. Menos: verde. El azul se absorbe 9.5 veces más que el verde. Bajo luz verde, la fotosíntesis sería lenta.
Ejemplo 3: Rotula el cloroplasto
Usa el modelo. Nombra cada parte rotulada del cloroplasto y di cuál parte contiene la clorofila.
Mostrar la solución
- A: la doble membrana que rodea al cloroplasto.
- B: el estroma, el fluido que llena el espacio alrededor de los tilacoides.
- C: un tilacoide, un saco plano en forma de disco.
- D: un granum, una pila de tilacoides.
- Clorofila: está integrada en las membranas de los tilacoides (C y D), donde absorbe la luz.
- Respuesta: A: doble membrana. B: estroma. C: tilacoide. D: granum. La clorofila está en las membranas de los tilacoides.
Práctica
Rotula un cloroplasto, escala la ecuación de la fotosíntesis y usa una gráfica de absorción para explicar por qué las hojas son verdes. Inténtalo primero por tu cuenta y luego revisa tu trabajo con la clave de respuestas.
- Hoja de práctica: Fotosíntesis (PDF) (en inglés)
- Clave de respuestas: Fotosíntesis (PDF) (en inglés)
Diapositivas de la lección
Ideas clave
- La fotosíntesis convierte la energía de la luz en energía química en la glucosa
- 6CO2 + 6H2O + luz → C6H12O6 + 6O2
- Ocurre en los cloroplastos, en las plantas y las algas
- La clorofila absorbe la luz azul y la roja, y refleja la verde
- Las plantas usan la glucosa para obtener energía, almacenar y construir materiales
De vuelta a la pregunta esencial: los productores capturan la energía de la luz con la clorofila de sus cloroplastos y la almacenan como energía química en la glucosa, usando dióxido de carbono del aire y agua del suelo. El oxígeno se libera como subproducto. Después, la planta usa la glucosa para producir ATP, para almacenar energía y para construir su cuerpo. A continuación verás el interior del proceso y conocerás las dos etapas de la fotosíntesis.
Alineación con NGSS
Esta lección avanza hacia estas expectativas de desempeño de los Estándares de Ciencias de Nueva Generación (NGSS):
- HS-LS1-5: Usar un modelo para ilustrar cómo la fotosíntesis transforma la energía de la luz en energía química almacenada.
Ideas disciplinarias básicas: LS1.C Organización de la materia y el flujo de energía en los organismos; PS3.D Energía en procesos químicos