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7: Fotosíntesis - Biología

7: Fotosíntesis - Biología


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Objetivos de aprendizaje

  • Reconocer cómo los primeros organismos fotosintéticos cambiaron la atmósfera de la tierra. Describir las 2 fases de la fotosíntesis.
  • Probar una hipótesis sobre el efecto de diferentes condiciones de luz sobre la velocidad de la reacción de fotosíntesis dependiente de la luz.
  • Recopilar datos y generar un gráfico de barras que represente los resultados de este experimento.

Miniatura: Células vegetales (delimitadas por paredes moradas) llenas de cloroplastos (verdes), que son el lugar de la fotosíntesis. Imagen utilizada con permiso (CC BY-SA 3.0; Kristian Peters).


Descripción del curso

En este curso, viajará a través de la red de reacciones físicas, químicas y biológicas que colectivamente constituyen la fotosíntesis. Comenzaremos con la recolección de luz y seguiremos los fotones hasta los sitios de la fotoquímica primaria: los centros de fotorreacción. Una vista a escala molecular mostrará en detalle atómico cómo estos complejos de proteínas capturan y energizan electrones. Luego, seguiremos las múltiples vías que toman los electrones mientras realizan su trabajo. Reacciones consiguientes, como la síntesis de ATP y la reducción de CO2 durante la síntesis de carbohidratos, también se discutirá en detalle estructural. Por último, profundizaremos en la evolución de estos sistemas y también discutiremos otras estrategias fotosintéticas, como las bombas de protones impulsadas por luz y la fotosíntesis anoxigénica. El curso incluirá una visita a un microscopio electrónico para permitir a los estudiantes observar directamente las proteínas involucradas en la fotosíntesis.

Este curso es uno de los muchos seminarios avanzados de pregrado que ofrece el Departamento de Biología del MIT. Estos seminarios están diseñados para estudiantes interesados ​​en utilizar la literatura de investigación primaria para discutir y aprender sobre la investigación biológica actual en un entorno altamente interactivo. Muchos instructores de los seminarios avanzados de pregrado son científicos postdoctorales con un gran interés en la enseñanza.


Preguntas en preguntas de respuesta corta (SA)

Q2) ¿Cuáles de los siguientes cuatro son necesarios para la fotosíntesis en una hoja?

  1. Dióxido de carbono:
  2. Oxígeno:
  3. Nitratos:
  4. Agua:
  5. Clorofila:
  6. Tierra:
  7. Luz:

P3) ¿Cuál es la fuente de energía para la fotosíntesis?

P4) ¿Qué gas es absorbido y cuál es expulsado por la hoja a la luz del sol?

P5) Suponga que comparamos la hoja con una fábrica, emparejamos los elementos de la columna A con los de la columna B

Hoja Fábrica
(i) Células en la hoja (a) Materias primas
(ii) Cloroplasto (b) poder
(iii) Luz solar (c) maquinaria
(iv) Oxígeno y agua (d) producto final
(v) Dióxido de carbono y agua (e) por producto
(vi) Glucosa (f) sala de trabajo

P6) Indique si la siguiente afirmación es verdadera o falsa

  1. Los planes verdes preparan sus alimentos utilizando dos materias primas, oxígeno y agua.
  2. La clorofila permite que las plantas utilicen energía luminosa.
  3. El oxígeno libre en el aire atmosférico es el resultado de la fotosíntesis.
  4. La fotosíntesis ocurre solo en partes de la planta que contienen clorofila.

Q7) Diferencia entre respiración aeróbica y anaeróbica. Escribe las ecuaciones químicas generales de los dos tipos de respiración en las plantas.


Enlaces útiles

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Mi biología AP

Tres preguntas sobre el capítulo:
1. ¿Qué proceso utilizan las plantas que los organismos eucariotas no utilizan para obtener energía?
Fotosíntesis.
2. ¿Dónde ocurre la fotosíntesis?
Ocurre en los cloroplastos de las células vegetales.
3. ¿Cuáles son las dos etapas de la fotosíntesis?
La primera son las reacciones a la luz y la segunda es el ciclo de Calvin o las reacciones oscuras.

Cinco hechos principales de la lectura:
Los autótrofos son los productores de la biosfera.
2. Las plantas producen oxígeno al dividir el agua.
La fotosíntesis es un proceso redox, al igual que la respiración celular.
La fotosíntesis utiliza energía luminosa, dióxido de carbono y agua para producir moléculas de alimentos.
La fotosíntesis modera el calentamiento global.

Este diagrama es una descripción general simple de las dos etapas de la fotosíntesis que tienen lugar en un cloroplasto.


Resumen:
En la introducción del capítulo, aprendimos que los científicos están tratando de utilizar la energía de las plantas como fuente de combustible. La fotosíntesis es una de las vías de energía más antiguas del planeta. En este proceso, las plantas verdes, las algas y ciertas bacterias transforman la energía luminosa en energía química almacenada en los enlaces del azúcar que producen a partir del dióxido de carbono y el agua. Después de esto, aprendimos que los autótrofos son los productores de la biosfera. Los productores son los organismos que producen su propio suministro de alimentos. Todos los organismos que producen moléculas orgánicas a partir de moléculas inorgánicas utilizando la energía de la luz se denominan fotoautótrofos. La fotosíntesis se produce en los cloroplastos de las células vegetales. El color verde de las plantas proviene de la clorofila, un pigmento que absorbe la luz en los cloroplastos que desempeña un papel central en la conversión de la energía solar en energía química. Los cloroplastos están involucrados en las células del mesófilo, el tejido verde del interior de la hoja. El dióxido de carbono ingresa a la hoja y el oxígeno sale a través de pequeños poros llamados estomas. El agua absorbida por las raíces se entrega a las hojas por las venas. Una envoltura de dos membranas encierra un compartimento interno en el cloroplasto, que está lleno de un líquido espeso llamado estroma. Suspendido en el estroma hay un sistema de sacos membranosos interconectados, llamados tilacoides. En algunos lugares, los tilacoides se concentran en pilas llamadas grana. Las plantas producen oxígeno al dividir el agua. La fotosíntesis es un proceso redox, al igual que la respiración celular. Tiene dos etapas y están vinculadas por ATP y NADPH. Las reacciones de luz incluyen los pasos que convierten la energía luminosa en energía química y producen oxígeno. Los reactivos en este proceso son la energía solar del agua, ADP y NADP + . Los productos son ATP, NADPH y oxígeno. Este proceso tiene lugar en los tilacoides del cloroplasto. El ciclo de Calvin ocurre en el estroma del cloroplasto. Es una serie cíclica de reacciones que ensambla moléculas de azúcar utilizando dióxido de carbono y los productos que contienen energía de las reacciones de luz. Los reactivos de este proceso son dióxido de carbono, ATP y NADPH. Los productos son NADP +, ADP y azúcar. El proceso tiene lugar en el estroma del cloroplasto. La radiación visible impulsa las reacciones a la luz. Un espectro electromagnético es el rango completo de longitudes de onda electromagnéticas desde los rayos gamma muy cortos hasta las ondas de radio de longitud de onda muy larga. La distancia entre las crestas de dos ondas adyacentes se llama longitud de onda. Un fotón es una cantidad fija de energía luminosa. Los fotosistemas capturan la energía solar. Un fotosítem consta de una serie de complejos de captación de luz que rodean un complejo de centro de reacción. El complejo del centro de reacción contiene un par de moléculas de clorofila "a" y una molécula llamada aceptor de electrones primario, que es capaz de acelerar electrones y reducirse. Hay dos fotosistemas en el proceso de reacciones a la luz. Fotosistema 2 (P680) y fotosistema 1 (P700). Los dos fotosistemas están conectados por una cadena de transporte de electrones y generan ATP y NADPH. La quimiosmosis potencia la síntesis de ATP en las reacciones a la luz. En la fotosíntesis, la producción quimiosmótica de ATP se denomina fotofosforilación. El ATP y el NADPH potencian la síntesis de azúcar en el ciclo de Calvin. Las adaptaciones que ahorran agua en climas cálidos y secos evolucionaron en las plantas C4 y CAM. En la mayoría de las plantas, la fijación inicial de carbono ocurre cuando la enzima rubisco agrega dióxido de carbono a RuBP. Estas plantas se denominan plantas C3 porque el primer compuesto orgánico producido son los compuestos de tres carbonos 3-PGA. En ciertas especies de plantas, han evolucionado modos alternativos de fijación de carbono que ahorran agua sin interrumpir la fotosíntesis. Las plantas C4 se denominan así porque preceden al ciclo de Calvin fijando primero CO2 en un compuesto de cuatro carbonos. Cuando el clima es cálido y seco, una planta C4 mantiene sus estomas casi cerrados, conservando así el agua. Las plantas CAM son especies adaptadas a climas muy secos. Una planta CAM conserva agua abriendo sus estomas y admitiendo dióxido de carbono solo por la noche. La fotosíntesis agita el calentamiento global.

Términos clave:
Autótrofos: organismos que producen su propio alimento y, por lo tanto, se mantienen sin consumir moléculas orgánicas derivadas de otros organismos.
2. Mesofila - el tejido verde en el interior de la hoja.
Estomas: pequeños poros por los que el dióxido de carbono entra en la hoja y sale el oxígeno.
4.Stroma: un líquido espeso que se llena en una envoltura de dos membranas en el cloroplasto.
5.Tilacoides: un sistema de sacos membranosos interconectados suspendidos en el estroma.
6.Grana: pilas en las que se concentran los tilacoides.
Reacciones de luz: incluyen los pasos que convierten la energía de la luz en energía química y producen oxígeno.
Ciclo de Calvin: ocurre en el estroma del cloroplasto, y es una serie cíclica de reacciones que ensamblan moléculas de azúcar usando dióxido de carbono y los productos que contienen energía de las reacciones de luz.
9. Fotosistema: consiste en una serie de complejos de captación de luz que rodean un complejo de centro de reacción.
10.Fotón: una cantidad fija de energía luminosa.


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Proyecto de feria de ciencias sobre fotosíntesis (con experimentos)

¿Quieres crear un proyecto de feria de ciencias increíble para tu próxima exposición? Estás en el lugar correcto. Lea el artículo dado a continuación para tener una idea completa sobre la fotosíntesis con algunos experimentos: 1. Significado de la fotosíntesis 2. Definición de la fotosíntesis 3. Perspectiva histórica 4. Importancia 5. Proceso 6. Mecanismo 7. Sitio 8. Factores 9. Importancia.

  1. Proyecto de feria de ciencias sobre el significado de la fotosíntesis
  2. Proyecto de feria de ciencias sobre la definición de fotosíntesis
  3. Proyecto de feria de ciencias sobre la perspectiva histórica de la fotosíntesis
  4. Proyecto de feria de ciencias sobre la importancia de la fotosíntesis
  5. Proyecto de feria de ciencias sobre el proceso de la fotosíntesis
  6. Proyecto de feria de ciencias sobre el mecanismo de la fotosíntesis
  7. Proyecto de feria de ciencias en el sitio para la fotosíntesis
  8. Proyecto de la feria de ciencias sobre los factores que afectan a la fotosin y la timidez
  9. Proyecto de feria de ciencias sobre la importancia de la fotosíntesis en plantas

Feria de Ciencias Proyecto # 1. Significado de la fotosíntesis:

La fotosíntesis es el proceso de fabricación de materias alimenticias de carbohidratos como azúcares y almidón por los cloroplastos de las células a partir del agua y el gas de dióxido de carbono en presencia de la luz solar. Como la absorción de energía radiante suministrada por la luz solar es un factor indisoluble, el proceso se denomina fotosíntesis o asimilación de carbono (foto = luz, síntesis = construcción).

Es un monopolio de las plantas verdes. Aunque todas las porciones aéreas verdes son capaces de construir comida, las hojas verdes planas son las más adecuadas para este propósito. Su finura, delgadez y la exposición natural de su superficie máxima a la luz y el aire, así como su estructura interna, son muy propicias para el proceso de fotosíntesis.

Los cloroplastos presentes en abundancia en las células del mesófilo son fundamentales para la absorción de la energía radiante de la luz solar. Se transforma en energía química para provocar una serie de reacciones químicas que culminan en la formación de azúcar y almidón con energía potencial acumulada, capaz de oxidarse durante la respiración.

La fotosíntesis, tal como la realizan las plantas verdes, es un proceso muy lento que utiliza aproximadamente del 0,5 al 3% de la energía radiante total que cae sobre la superficie de la hoja. Pero este es el único mecanismo para mantener la energía solar almacenada para todo el trabajo en la superficie de la tierra.

Si las plantas verdes no hubieran resuelto este pequeño problema de convertir la energía solar en energía química de los carbohidratos, la existencia continuada de vida hubiera sido imposible en la tierra.

En teoría, no parece haber ninguna dificultad para que el hombre, el animal más desarrollado, resuelva este pequeño problema técnico de convertir la energía solar en alguna otra forma potencial antes de que la energía solar se convierta en calor y se pierda sin posibilidad de recuperación. Pero el hombre aún no ha resuelto este problema, es decir, aún no se ha logrado la foto y síntesis artificial.

Todavía no podemos preparar una molécula de azúcar a partir de sus componentes, CO2 y H2O2, a pesar de todos nuestros avances y logros técnicos y científicos. El día en que la fotosíntesis artificial sea posible, la humanidad descartará las plantas verdes y tendrá a su disposición una fuente de energía ilimitada e inagotable.

Proyecto # 2 de la Feria de Ciencias. Definición de fotosíntesis:

El proceso en el que ciertos carbohidratos son sintetizados a partir de dióxido de carbono y agua por células clorofílicas en presencia de luz, siendo el oxígeno un subproducto, generalmente se llama fotosíntesis.

La ecuación resumida de la fotosíntesis es la siguiente:

Esta ecuación, aunque correctamente equilibrada, da una impresión errónea del mecanismo por el cual se lleva a cabo la reacción. Por el uso de H2O y CO2 etiquetado con oxígeno isotópico (O 18), los bioquímicos han podido demostrar que el oxígeno liberado en la fotosíntesis no proviene del CO2 sino del agua.

& # 8220 La fotosíntesis (fotos = síntesis de luz = junta) es un proceso anabólico en el que las plantas verdes o partes verdes de las plantas sintetizan o fabrican sustancias alimenticias orgánicas carbonáceas complejas (carbohidratos) con dióxido de carbono y agua (tomados respectivamente del aire y del agua) en presencia de luz solar y desprende oxígeno como subproducto. Por lo tanto, en este proceso, la energía radiante se convierte en energía química. & # 8221

Sin embargo, las plantas verdes, además de tomar nutrientes del suelo, producen su propio alimento utilizando dióxido de carbono, agua y luz solar. Esta es la base de la fotosíntesis. Durante este proceso, el oxígeno se desprende y se libera a la atmósfera.

Una ecuación simple dada por C. B. van Niel de la Universidad de Stanford, EE. UU. Es la siguiente:

Durante la fotosíntesis, el dióxido de carbono CO2 se reduce químicamente a carbohidratos (CH2O). Aquí, n es un número entero.

En glucosa, n es 6, es decir, la fórmula de la glucosa es C6H12O6.

La molécula de agua se divide en presencia de luz. Este proceso se llama fotólisis y O2 en lanzamiento.

Por lo tanto, liberado O2 proviene del agua y no del CO2.

Proyecto de feria de ciencias n. ° 3. Perspectiva histórica de la fotosíntesis:

El estudio sobre la fotosíntesis se originó hace solo unos 300 años. Por primera vez, el médico belga Jan Baptista van Helomont, basándose en su sencillo experimento, concluyó que toda la sustancia de la planta se producía a partir del agua y ninguna del suelo.

A finales del siglo XVIII, Joseph Priestley (1733-1804), en 1771-72, realizó el primer experimento de fotosíntesis y demostró que las plantas tienen la capacidad de absorber CO2 de la atmósfera y suelte O2.

Más tarde, el médico holandés Jan Ingenhousz (1730-1799), en 1780, confirmó el trabajo de Prietley & # 8217, y llegó a las siguientes conclusiones importantes:

(i) La evolución de O2 tuvo lugar solo en unas pocas horas y no en semanas.

(ii) La evolución de O2 tuvo lugar solo durante el día, es decir, en presencia de luz solar.

(iii) Solo las partes verdes de las plantas podrían restaurar el aire usado.

En 1804, un erudito suizo Nicholas Theodore de Saussure observó que el agua es esencial para la fotosíntesis. También correlacionó la importancia de la luz durante la ingesta de CO2 y evolución de O2.

En 1837, Dutrochet demostró experimentalmente que la clorofila es necesaria para la fotosíntesis.

En 1845, Liebig dijo que CO2 es la principal fuente de todos los compuestos orgánicos sintetizados por las plantas verdes.

En 1864, Sachs dijo por primera vez que las materias orgánicas producidas por las plantas eran carbohidratos.

Proyecto de feria de ciencias n. ° 4. Importancia de la fotosíntesis:

Los alimentos son la fuente de energía que necesitan los animales y las plantas. Y este alimento es fabricado por plantas verdes a partir de sustancias inorgánicas con la ayuda de la energía solar durante la fotosíntesis. La comida representa la energía almacenada de los rayos solares.

El combustible en forma de madera también es el resultado indirecto de la actividad de fotosíntesis de las plantas y también se cree que el carbón, el petróleo, etc., son también consecuencias remotas de la fotosíntesis. También se producen otras sustancias como subproductos, por ejemplo, el oxígeno que necesitan los animales y los seres humanos sigue siendo suministrado por la fotosíntesis.

Feria de Ciencias Proyecto # 5. Proceso de fotosíntesis:

El agua absorbida del suelo se conduce hacia arriba a través de los vasos del xilema para llegar a las células del mesófilo de la hoja. Los estomas se abren debido a la presión de turgencia de las células de guarda y entra gas de dióxido de carbono. Se disuelve en agua embebida saturando la pared celular y se difunde en solución a los cloroplastos de las células mesófilas.

Las reacciones químicas que tienen lugar en la fotosíntesis no se comprenden con claridad. Con la ayuda de la energía radiante, seis moléculas de dióxido de carbono se unen con seis moléculas de agua para producir una molécula de azúcar simple, glucosa y seis moléculas de oxígeno como producto final.

Durante el proceso, la energía se almacena en una molécula de azúcar en forma potencial. El oxígeno generalmente sale a través de los estomas, algunos también pueden usarse para la respiración. Se ha calculado que el volumen de oxígeno liberado es exactamente igual al volumen de dióxido de carbono absorbido.

6CO2 + 6H2O + energía luminosa (674 cal.) = C6H12O6 + 6O2. En realidad, el proceso no es tan sencillo. Durante mucho tiempo se dio por sentado sin ninguna evidencia experimental concluyente de que se formara un producto intermedio, el formaldehído (CH2O).

Se pensaba que como el formaldehído es muy inestable y venenoso y tímido, seis moléculas se condensan rápidamente en una molécula de glucosa. Este proceso de condensación se denomina polimerización. La acumulación de azúcar da como resultado una concentración excesiva de savia que retrasa la fotosíntesis.

Por lo tanto, el cloro y los plastos tímidos convierten el azúcar en granos de almidón insolubles por condensación. Varias moléculas de glucosa se condensan para formar una molécula de almidón mediante la eliminación de una molécula de agua por cada molécula de glucosa utilizada.

Estos granos de almidón, conocidos como almidón asimilatorio, son cuerpos muy temporales, ya que se convierten en azúcar al anochecer para que las hojas sin almidón puedan volver a realizar la foto y la síntesis a la mañana siguiente.

Los carbohidratos se asimilan como azúcar y viajan a diferentes partes probablemente a través de los tubos del tamiz en el floema. El exceso de azúcar se convierte en almidón de reserva y otros carbohidratos complejos en las regiones de almacenamiento.

Las reacciones probables se han representado así:

CO2 + H2O = CH2O (formaldehído) + O2.

(C6H12 O6) n - (H2O6) n = (C6H10O5) n (almidón).

Pero recientemente se ha demostrado de manera concluyente que el formaldehído nunca se forma como producto intermedio en la fotosíntesis. El intermedio más favorable en el proceso fotosintético es un compuesto de fosfato, en realidad un ácido fosfo-glicérico.

Aunque el azúcar es el primer carbohidrato formado de la fotosíntesis, el almidón insoluble es el primer producto visible. Se puede demostrar en las hojas con la característica reacción del yodo.

Una hoja recolectada por la noche se decolora hirviéndola durante unos minutos en alcohol sobre un baño de agua. Si la hoja ahora se trata con una solución de yodo, se vuelve azul, lo que indica la presencia de granos de almidón, pero una hoja recolectada temprano en la mañana no dará reacción de yodo porque no contiene almidón.

Toda la idea de la fotosíntesis ha sido que el CO2 ingresa a la planta y se descompone en C y O2. Se pensó correctamente que el carbono era una adquisición (que se retiene) y salió O2. Entonces, la relación O2 / CO2 fue la unidad. En lo que respecta al origen del oxígeno en la fotosíntesis, se ha dado por sentado que procede del CO2, una vez que el carbono ha sido retenido en las plantas.

Varios investigadores modernos han demostrado de manera concluyente en 1941 que todo el oxígeno desprendido en la fotosíntesis no provenía del CO2 sino del H2O, y que la fotosíntesis es un proceso puramente de oxidación-reducción entre CO2 y H2O: el CO2 se reduce, es decir, se hidrata por el reductor H2O, que se oxida a oxígeno mediante la eliminación de H2.

La eliminación de H2 es oxidación en todo el sentido del término. Entonces, la ecuación de la fotosíntesis, según una aclaración reciente, debería ser

CO2 + 2H2O = CH2O + H2O + O2, o CO2 + 4H2O = CH2O + 3H2O + O2.

Todo el oxígeno desprendido se deriva del agua y no del CO2. Las pruebas recientes han demostrado de manera concluyente que el formaldehído nunca se forma como un producto intermedio en la fotosíntesis. El punto que se verifica nuevamente en la fotosíntesis son bacterias de azufre pigmentadas que viven en una atmósfera de hidrógeno sulfurado.

Estas bacterias usan H2S en lugar de H2O y producen alimentos con carbohidratos a partir de CO2 y H2S en presencia de luz solar: CO2 + 2H2S = CH2O + H2O + 2S. La reducción de CO2 aquí conduce a la producción de azufre y no 1 parte de azufre y 2 partes de oxígeno o de SO2, lo que realmente prueba que el O2 en la fotosíntesis de las plantas verdes proviene del H2O y no del CO2.

Las bacterias de azufre pigmentadas y el mundo de las plantas verdes pueden denominarse fotoautótrofas (independientes en presencia de luz) en contraste con los otros grupos de bacterias de azufre no pigmentadas que también utilizan compuestos de azufre como H2S.

Estas bacterias que se han denominado quimioautótrofas (independientes cuando hay suministro de energía química) obtienen su energía de la oxidación de compuestos inorgánicos como el H2S.

Las reacciones son exotérmicas y la energía así liberada puede ser utilizada por estas bacterias para la síntesis de carbohidratos. La bac y shyteria quimioautotrófica puede sintetizar carbohidratos sin clorofila y en completa ausencia de luz.

La abolición de la hipótesis del formaldehído y la evidencia concluyente sobre el origen del O2 a partir del H2O y no del CO2, por primera vez desde que se anunció el descubrimiento de la fotosíntesis, dejaron claro el panorama sobre la reacción bioquímica más fundamental en las células vivas.

El mecanismo químico y el shinismo de la fotosíntesis, tal como se concibe hoy basándose en evidencias innegables y desprovisto de su atmósfera nublada por el formaldehído, se asienta sobre bases sólidas y se puede resumir de la siguiente manera:

Es una reacción de oxidación-reducción entre CO2 y H2O. En la primera parte de la reacción, se produce la deshidrogenación fotoquímica del agua a expensas de la energía luminosa absorbida por la clorofila. El agua pierde su hidrógeno, es decir, se oxida, y el hidrógeno liberado forma un donador de hidrógeno con cualquier compuesto que absorba hidrógeno fácilmente (A).

En la segunda reacción, el donante de hidrógeno, es decir, un compuesto formado en la primera reacción, que fácilmente cedería hidrógeno, reduciría el CO2. La segunda reacción puede tener lugar en la oscuridad: una reacción química, pero la formación del donante de hidrógeno debe ser estimulada por la luz, ya que la deshidrogenación del agua es una reacción fotoquímica.

Debe ser evidente, aquí, que la concepción actual prevé que la evolución de O2 y la reducción de CO2 tienen lugar en dos pasos separados, como se puede ver en las siguientes ecuaciones de resumen:

A = cualquier compuesto que absorba fácilmente hidrógeno (aceptor de hidrógeno). CH20 aquí no significa formaldehído, sino el azúcar más simple.

El siguiente experimento puede demostrar que se libera oxígeno durante la fotosíntesis.

Experimento: Fotosíntesis- Evolución del oxígeno (Fig.173)

Algunas plantas sumergidas como Elodea, Hydrilla se toman en un vaso medio lleno de agua y se cubren con un embudo invertido. Se coloca un tubo de ensayo lleno de agua en el vástago del embudo. Ahora el vaso está expuesto a la luz del sol durante algún tiempo. Se encuentra que las burbujas de gas se desprenden y se acumulan en el extremo del tubo de ensayo que desvía el agua.

Mediante pruebas estándar se puede determinar que el gas recolectado es oxígeno. Las plantas acuáticas extraen su CO2, aportado por la gran cantidad disuelta en agua. Si se utiliza agua destilada en lugar de agua del grifo, no habrá desprendimiento de O2 debido a la falta de CO2. Si el agua del grifo se hierve previamente, todo el CO2 disuelto se eliminará y, como resultado, no habrá evolución de O2 ni fotosíntesis.

Proyecto de feria de ciencias n. ° 6. Mecanismo de la fotosíntesis:

Asimilación de dióxido de carbono:

En 1954, Arnon descubrió que los cloroplastos aislados en condiciones experimentales adecuadas podrían asimilar CO2. Las enzimas involucradas en la reducción (asimilación) del dióxido de carbono, por lo tanto, deben estar presentes y quizás producidas dentro del cloroplasto.

La reducción de dióxido de carbono va acompañada de la evolución de O2. Con el uso de dióxido de carbono radiactivo y técnicas cromatográficas, DI Arnon y sus asociados pudieron identificar varios productos solubles e insolubles, tales como: ésteres fosfato de glucosa fructosa ribulosa sedoheptulosa dihidroxiacetona y ácido glicólico, ácidos málico y aspártico alanina, dihidroxi sin glicina. acetona y glucosa.

Etapas de la fotosíntesis:

Actualmente se acepta generalmente que la fotosíntesis consta de dos etapas:

La luz es necesaria para la etapa de luz, mientras que la etapa de oscuridad es independiente de la presencia de luz.

Evidencias de la existencia de la etapa de luz y oscuridad:

Aquí se han considerado tres evidencias importantes.

Experimentos de luz intermitente:

Warburg (1919) comparó la tasa de fotosíntesis de una planta mantenida en luz continua durante un cierto tiempo con la tasa de la planta cuando se le suministra con períodos alternos de luz y oscuridad pero que recibe la misma cantidad total de luz. Se encontró que la tasa de fotosíntesis de esta última era suficientemente mayor que la de la planta mantenida en luz continua.

La explicación es la siguiente:

A → B → C (producto de la fotosíntesis).

En luz continua de alta intensidad, la reacción A — B avanza a una velocidad más rápida que B — C, por lo que hay una tendencia a que algo de B se acumule. Por lo tanto, el efecto de la luz intermitente es permitir que B — C continúe en la oscuridad en un momento en que no hay producción de B, así como que B — C continúe en la luz. De esta forma, para una cantidad total de luz dada, se produce más C.

Experimentos de temperatura:

En un rango de temperatura de aproximadamente 10 ° -25 ° C, si la intensidad de la luz y el CO2 concentración son relativamente altas, la Q10, (coeficiente de temperatura) de la fotosíntesis es aproximadamente dos. Las reacciones estrictamente químicas tienen una Q10, de dos a tres. Este hecho indica que al menos una de las reacciones involucradas en la fotosíntesis es de tipo puramente químico.

Dado que este hecho fue señalado por primera vez por Blackman, esta reacción se conoce como reacción de Blackman. Esto también se denomina reacción oscura, ya que no requiere luz y, por lo tanto, puede tener lugar tanto en la luz como en la oscuridad.

Una reacción química que se produce solo a expensas de la luz absorbida se denomina reacción fotoquímica. La Q10, de una reacción fotoquímica es aproximadamente uno.

Coeficiente de temperatura Q10:

El coeficiente de temperatura de un proceso fisiológico, químico o físico es la relación del proceso a cualquier temperatura establecida de la velocidad a una temperatura más baja, generalmente 10 ° C más baja, y diseñada como Q10 del proceso. Por tanto, si un proceso es 2,3 veces más rápido a 25 ° C que a 15 ° C, el coeficiente de temperatura, Q10 es 2,3.

La temperatura no acelera las reacciones fotoquímicas. En condiciones de alta intensidad de luz, el aumento de temperatura acelera la reacción B — C a expensas del exceso de B (Q10 = 2).

Cuando hay una intensidad de luz baja, A — B es más lento que B — C no afectará la producción general de C. La reacción limitante A — B es fotoquímica (Q10 = 1):

En condiciones de iluminación intensa pero sin CO2, & # 8216B & # 8217 se acumularía y esto reaccionaría con CO2 en la oscuridad.

Feria de Ciencias Proyecto # 7. Sitio para la fotosíntesis.

La fotosíntesis tiene lugar solo en las partes verdes de las plantas, como hojas, tallos, etc. Dentro de una hoja, la fotosíntesis ocurre particularmente en las células del mesófilo que tienen cloroplastos.

Los cloroplastos son lugares reales para la fotosíntesis en las plantas verdes. Los cloroplastos se encuentran en los márgenes exteriores con sus amplias superficies paralelas a la pared celular de las células del mesófilo. Este tipo de disposición ayuda a la fácil difusión del CO2 requerido para la fotosíntesis desde la atmósfera al interior de los cloroplastos.

El complejo proceso de fotosíntesis tiene lugar de principio a fin en el cloroplasto. La absorción de energía luminosa y dióxido de carbono y la conversión del dióxido de carbono en almidón y la evolución de oxígeno tienen lugar dentro del cloroplasto iluminado.

Estructura del cloroplasto:

El contenido del cloroplasto completamente desarrollado está encerrado en un sobre que consta de dos membranas con un espacio cerrado. Cada membrana tiene un espesor de 40 a 60 Å y el espacio entre ellas varía de 25 a 75 Å. El interior está lleno de una matriz proteica llamada estroma que contiene granos de almidón y gotitas osmofílicas. Las manchas oculares y los cuerpos pirenoides, que a menudo se encuentran en las células de las algas, también se encuentran en la matriz (estroma).

Varias membranas apiladas una encima de la otra se exhiben en la sección transversal del cloroplasto. Estas membranas están emparejadas, formando pilas de discos. Sobre o dentro de las laminillas se encuentran la clorofila y otros pigmentos.

En las formas inferiores de vida vegetal, los pigmentos se distribuyen uniformemente por toda la superficie de las laminillas, mientras que en las formas superiores de vida vegetal, están restringidos a ciertas áreas de las laminillas.

Si estas áreas concentradas se colocan una encima de la otra, la pila completa se conoce como granum. Según Wolken (1961) y Calvin (1959), el cloroplasto es una estructura laminar compuesta por capas de lípidos y proteínas acuosas.

Los tilacoides en los cloroplastos contienen la mayor parte de la maquinaria para las reacciones fotoquímicas de la fotosíntesis; contienen pigmentos necesarios para capturar la energía solar. Los pigmentos más importantes son las clorofilas.

Pigmentos de clorofila:

Las clorofilas, los pigmentos verdes de las plantas, son los pigmentos activos más importantes en el proceso de fotosíntesis. Hay al menos ocho tipos de pigmentos de clorofila.

Son clorofila a, b, c, dye, bacterioclorofila-a, bacterioclorofila-b, y clorofila de cloro (bacterioviridina), de estas clorofila a es de ocurrencia universal y está presente en todos los organismos fotosintéticos excepto en las bacterias verde y púrpura.

La clorofila b se encuentra en todas las plantas superiores y en las algas verdes, pero no se encuentra en las algas de la mayoría de las otras clases (por ejemplo, algas azul verdosas, marrones y rojas).

Las otras clorofilas (es decir, c, dye) se encuentran solo en las algas y en combinación con la clorofila a, la bacterioclorofila (ayb) están presentes en las bacterias violetas, mientras que las bacterias verdes contienen el pigmento llamado bacteriovir-idin (clorobium clorofila). Todas las clorofilas son muy similares en composición química y todas son compuestos que contienen magnesio.

La clorofila ayb son las clorofilas características de las plantas superiores. Ninguno de los dos es soluble en agua, pero ambos son solubles en varios reactivos orgánicos. La clorofila-a es fácilmente soluble en alcohol etílico absoluto, éter etílico, acetona, cloroformo y bisulfuro de carbono. La clorofila-b también es soluble en los reactivos mencionados anteriormente. La clorofila a suele ser azul verdosa, mientras que la clorofila b es amarillo verdosa.

La molécula de clorofila a consiste en una estructura cíclica compuesta principalmente por cuatro pirrollenúcleos que contienen un átomo de magnesio en su centro. Un alcohol de cadena larga se extiende a partir de una de las pirrolizaciones, la parte fitol de la molécula de clorofila. Las fórmulas moleculares de la clorofila ayb son: C55H72O5N4Mg y C55A70O6N4Mg.

Chlorophyll b constitutes about one-fourth of the total chlorophyll, content and absorbs light of different wavelength than the chlorophyll a. On absorbing light, the chlorophyll b molecule is excited and transfers its energy to the chlorophyll a molecule. Finally, the chlorophyll a molecule converts the light energy into electrical energy by bringing about charge separation. Here, chlorophyll a molecules act as reaction centres.

The Carotenoids (Carotenoid Pigments):

The carotenoids are lipid compounds. They are found to be distributed widely in both animals and plants. They are red, orange, yellow and brownish pigments. They are present in variable concentrations in nearly all higher plants and many microorganisms such as — red and green algae, photosynthetic bacteria and fungi.

β-carotene, the major carotenoid is orange-yellow pigment and found in plant tissues. This is generally accompanied by a-carotene.

The carotenoids which consist of carbon and hydrogen are known as carotenes, while the carotenoids containing oxygen are called xanthophylls which are found more frequently in nature than the carotenes. The major xanthophylls are generally found in green leaves.

The carotenoids are located in the chloroplasts and chromatophores. They occur there as water-insoluble protein complexes.

Like chlorophyll carotenoids are also embedded in the thylakoid membranes of chloroplasts. These accessory pigments act as antenna complexes and procure light from different regions of the spectrum than the chlorophyll.

The light captured by these pigments is transferred to the reaction centres of chlorophyll-a for conversion into electrical energy. The accessory pigments (carotenoids) and the reaction centre (chlorophyll-a), together form photosystem.

The phycobilins are found only in algae. The red and blue phycobilins are called phycoerythrins and phycocyanins, respectively. They are active in the transfer of light energy to chlorophyll for utilization in the process of photosynthesis. The role of phycobilins and carotenoids is indirect in the sense that the energy they absorb is transferred to chlorophyll before it becomes active in photosynthesis.

Science Fair Project # 8. Factors affecting Photosyn­thesis:

Photosynthesis depends upon some external and internal factors. As a matter of fact, the factors jointly influence the rate of carbohydrate formation in plants. The external factors are carbon dioxide content of the atmosphere, supply of water, light and temperature.

As all these external factors act simultaneously on the photosynthetic process, the factor which is in the relative minimum will act as the limiting factor, i.e. will control the rate of the process. The important internal factor influencing the process is chlorophyll, the green-colouring pigment of the chloroplasts.

This gas is present in air in only 0.03%, i.e. only 3 parts in- 10,000. In industrial areas and above soil surface the percentage may be a bit higher. But it is the only source of carbon which, as we have seen, forms nearly half of the dry weight of plants. Many plants can utilise higher percentage of carbon dioxide. In fact, encouraging results were obtained by the application of extra carbon dioxide to crop plants.

Carbon dioxide absorbed from air is replaced–by the respiration of plants and animals, decomposition of organic matters, etc. The rate of photosynthesis increases when the concentration of carbon dioxide in air reaches near about 1%. As the percentage is very low this factor possibly decides the rate of photosynthesis under normal conditions.

It may appear that continued intake of CO2 from the atmos­phere for photosynthesis by the green plants, both aerial and aquatic, results in deficiency of that gas in the air. But there are various ways by which CO2 comes back to air to make up the deficiency.

During respiration, a process going on day and night, the plants and animals give out CO2 and take in O2. Plant and animal bodies after death and their refuses are gradually decomposed and broken down to simpler elements by a group of organisms—fungi and bacteria. These are referred to as decomposers and by their action ultimately CO2 is released to the air.

Moreover during combustion of coal and wood CO2 is given out. Thus the total volume of this gas remains constant in the air. It may be represented by a cycle (Fig. 174) —something like a wheel having no beginning or end, known as Carbon Cycle.

Science Fair Project # 9. Significance of Photosynthesis in Plants:

Photosynthesis is a vital process for life on this planet. This process links the physical and biological world. This process helps conversion of solar energy into organic matter that makes bulk of dry matter of any organism.

The plants biomass (dry matter), derived through photosynthesis supports humans and all other heterotrophic organisms living in biosphere.

Survival of all organisms is dependent upon food (carbohydrates, etc.), a photosynthetic product. All organisms need energy for different life activities which they derive from food (carbohydrates, fats and proteins).

Green plants are unique in the character that they are able to synthesise food for whole bio-kingdom.

During photosynthesis, O2 is released, which is helpful to living organisms mainly in two ways. Firstly, in efficient utilisation of the energy rich molecules, i.e., carbohydrates, in respiration.

Secondly, in making ozone (O3) in outer layer of atmosphere, which is required to stop harmful ultraviolet (UV) rays from reaching the earth.

During photosynthesis green plants take CO2 from atmosphere and release O2, thus purifying air. Without O2, life of all aerobic organisms including humans is not possible.

Crops are totally dependent on photosynthesis. This process feeds whole bio-kingdom directly or indirectly.


Importance of Photosynthesis

Plants play an integral role in the continuity of life on the planet, all thanks to photosynthesis. They achieve that through the following:

1. Atmospheric Gases

In photosynthesis, plants take in carbon dioxide and release oxygen as a by-product. Without the process of photosynthesis, it would be difficult to replenish all the oxygen being used in processes such as combustion and respiration.

Moreover, the amount of carbon dioxide in the atmosphere would rise to dangerous levels. Therefore, it suffices to say that photosynthesis helps to balance atmospheric gases.

2. Food and Energy

Green plants produce their own food through photosynthesis. They are called producers. Conversely, animals and humans are consumers.

They get all of their food from plants, either directly or indirectly. In fact, the larger part of the world’s population gets over 80% of its food directly from plants. The remaining source is obtained from animals.

And animals are part of the food chain, which normally starts with plants. Speaking of the food chain, the energy you get from the food you eat is also a product of photosynthesis, whether the food is from plants or animals.

3. Petroleum Products

Did you know that your car runs on what was once light energy? Or that your cooking gas is a product of photosynthesis?

We get petroleum from plants that stored light energy in their system millions of years ago, thanks to photosynthesis, as well as animals that ate those plants.

The petroleum came into being due to intense pressure applied to the plants and animals over millions of years. Coal and natural gas were also produced in the same way.

4. Wood and Other Side Products

We use wood for a wide range of purposes, including construction and combustion. Paper is also a product of wood.

Moreover, cotton and other natural fibers consist of cellulose produced virtually entirely by photosynthesizing plants. And while wood comes from the sheep, the sheep gets its food from the plants. It is, therefore, suffice to say that we wear clothes courtesy of photosynthesis.

5. Medicinal Products

Most medicines are manufactured using various chemicals extracted from plants. And thousands of plants have been confirmed to have medicinal properties. Aspirin, for example, is derived from salicylic acid.

Salicylic acid comes from the back of the willow tree. Aspirin is a popular painkiller. It is also used to minimize blood clotting in heart patients.

Much stronger analgesic drugs such as codeine and morphine are products of opium. Opium is extracted from the seeds of the poppy plant.

Tests are still ongoing to ascertain the medicinal status of thousands of other plants species, especially those found in the tropical rainforests. In the light of this, it is imperative that we protect the natural habitats of these plant species.

Bottom Line

Photosynthesis is the process used by plants, algae, and some bacteria to convert solar energy into chemical energy. Besides light energy, other photosynthesis ingredients are water and carbon dioxide. It is a complex, enzyme-controlled process that is vital for the existence of all lifeforms on Planet Earth. Namely, all living things are dependent on plants, directly or indirectly.

Photo by: Khanh , pexels

About Sonia Madaan

Sonia Madaan is a writer and founding editor of science education blog EarthEclipse. Her passion for science education drove her to start EarthEclipse with the sole objective of finding and sharing fun and interesting science facts. She loves writing on topics related to space, environment, chemistry, biology, geology and geography. When she is not writing, she loves watching sci-fi movies on Netflix.


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