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UNIVERSIDAD NACIONAL INTERCULTURAL DE LA AMAZONIA
LICENCIADA CON RESOLUCION N° 131-2018 SUNEDU/CD
FACULTAD DE INGENIERIA Y CIENCIAS AMBIENTALES
CARRERA PROFESIONAL DE INGENIRIA AGROINDUSTRIAL
SEMESTRE 2023-II
TRABAJO MONOGRÁFICO
FOTOSÍNTESIS, RESPIRACIÓN Y TRANSPIRACIÓN EN LAS PLANTAS
CURSO : FISIOLOGIA Y TECNOLOGIA POSCOSECHA
DOCENTE : ING. LEANDRO LAGUNA CALEB
ESTUDIANTE : RICHARD IVAN HUAMÁN ÑAHUI
CICLO : VI
PUCALLPA – YARINACOCHA
2024 – II
Índice
ÍNDICE DE FIGURAS ...................................................................................................................... 3
3.4. FACTORES QUE AFECTAN A LA RESPIRACIÓN Y TRANSPIRACIÓN DE LAS
- RESUMEN
- ABSTRAC
- I. INTRODCUCCION
- II. OBJETIVOS
- 2.1. Objetivo general
- 2.2. Objetivos específicos
- III. MARCO TEORICO
- 3.1. FOTOSINTESIS
- 3.1.1. Importancia de la fotosíntesis
- 3.1.2. Fases de la fotosíntesis
- a) Fase fotoquímica (Fase luminosa)
- b) Fase biosintética (Fase oscura)
- 3.1.3. La importancia ecológica de la fotosíntesis
- 3.1.4. Las hojas: donde ocurre la fotosíntesis
- 3.1.5. Las reacciones dependientes de la luz y el ciclo de Calvin
- 3.2. RESPIRACION
- 3.2.1. Respiración Aeróbica
- 3.2.2. Respiración Anaeróbica
- 3.2.3. Organelos involucrados en la respiración vegetal
- 3.2.4. Reacciones bioquímicas
- 3.2.5. Factores que afectan
- 3.3.1. Organelos involucrados
- 3.3.2. Reacciones químicas
- 3.3.3. Factores que afectan
- 3.4.1. Temperatura
- 3.4.2. Humedad relativa
- IV. CONCLUSIONES
- V. BIBLIOGRAFIAS
ABSTRAC
Photosynthesis is carried out in chloroplasts, where the pigments capable of capturing and absorbing light energy from the sun are found. These pigments are: chlorophyll (green), xanthophyll (yellow) and carotenoids (orange). It is one of the most important anabolic processes in nature, since the organic matter synthesized during its course allows it to be carried out. Transpiration is a cooling mechanism that plants use to regulate their temperature. It is the process by which plants lose water through evaporation through the stomata of the leaves. This process is called diffusion. Water is necessary for plants, however, only small amounts of the water taken up by roots are used for growth and metabolic processes. Water moves through the plant through the roots, up the stem and to the leaves. It is through the underside of the leaves where it exits into the atmosphere. Respiration, also called cellular respiration, is the process by which sugars are broken down to generate energy. Water and carbon dioxide are two residual products of this operation. Cellular respiration requires oxygen and takes place in the mitochondria of cells. It can be said that respiration is the opposite process of photosynthesis. This statement would be correct in the sense that photosynthesis uses energy to create glucose and respiration uses glucose to create energy. Furthermore, the equations to represent both processes are the same, but in reverse. Keywords: respiration, transpiration, temperature, water, photosynthesis, oxygen, water.
I. INTRODCUCCION
La fotosíntesis es un proceso físico-químico por el cual plantas, algas, bacterias fotosintéticas y algunos protistas como diatomeas utilizan la energía de la luz solar para sintetizar compuestos orgánicos. Se trata de un proceso fundamental para la vida sobre la tierra y tiene un profundo impacto sobre la atmósfera y el clima terrestre: cada año los organismos con capacidad fotosintética convierten en carbohidratos más del 10% del dióxido de carbono atmosférico. El conocimiento básico de este proceso es esencial para entender las relaciones entre los seres vivos y la atmósfera, así como el balance de la vida sobre la tierra (Pérez 2009). La Respiración en frutas y hortalizas, es un proceso metabólico que toma los azúcares, el almidón y los ácidos orgánicos entre otros compuestos, como materia prima, los somete a una degradación oxidativa, transformándolos en compuestos más simples como el dióxido de carbono, el agua y en energía (ATP o Kcal) liberada, con destino a otras síntesis y al mantenimiento de su vida (Sanchez,2001). La transpiración vegetal es la pérdida de agua en forma de vapor que se produce en las plantas. A las hojas de estas llega gran cantidad de agua absorbida por las raíces, pero solo una pequeña parte se utiliza en la fotosíntesis. Su principal función es eliminar en forma de vapor el agua que no es utilizada por las plantas. transpirada agua transpirada permite el enfriamiento de la planta, debido al elevado calor de vaporización del agua (para evaporarse necesita consumir muchas calorías) mientras que las respiraciones distinto ya que a través de sus hojas realiza la respiración es por donde se localizan las estomas y por las lenticelas que se localizan en los tallos por esas estructuras se realiza el intercambio gaseoso, sale O2 entra CO2 (Day, 1993; Kader, 1992). El método para determinar la Respiración se basa en la captura de anhídrido carbónico (CO2) por carbonatación de una base (Ba (OH)2). Se determina la cantidad de Bióxido de carbono entre el blanco y la muestra, se relaciona con el peso de la muestra y en tiempo de respiración en la cámara de respiración para dar su expresión final (Kader, 2008).
III. MARCO TEORICO
III.1. FOTOSINTESIS
La fotosíntesis, del griego antiguo (foto) "luz" y (síntesis) "unión", es el proceso por el cual las plantas transforman la materia inorgánica de su medio externo en materia orgánica que utilizarán para su crecimiento y desarrollo. Consiste, básicamente, en la elaboración de azúcares a partir del C02 (dióxido de carbono) del aire, minerales y agua con la ayuda de la luz solar. En esta reacción se liberan moléculas de oxígeno y se fijan carbohidratos en la planta. Las plantas absorben la luz solar mediante un pigmento denominado clorofila. No sólo las plantas pueden fijar CO2, también lo hacen ciertas bacterias y las algas verdes. La fotosíntesis está condicionada por factores internos de las plantas (actividad del rubisco, contenido de clorofila, duración del verde de hoja) y factores externos o ambientales (luz, CO2, O2, temperatura, nutrientes, agua disponible) (Labarthe y Pelta 2009). según (Ezequiel 2006) nos menciona que la fotosíntesis se puede definir como el proceso fisiológico mediante el cual plantas transforman la energía solar o luminosa llamada “fotón” en energía química llamada “glucosa. La fotosíntesis, al igual que la respiración celular, es un proceso de óxidoreducción (redox) que ocurre en los organismos que poseen ciertos organelos llamados cloroplastos. Este es un proceso endergónico, en el cual se utiliza parte de la energía de reducción del dióxido de carbono para formar glucosa. La energía lumínica es capturada por los organismos capaz de fotosintetizar, quienes la usan para formar compuestos orgánicos y oxígeno libre a partir del dióxido de carbono y agua, en una serie de reacciones químicas. En la fotosíntesis, la energía lumínica se convierte en energía química y el carbono se fija en carbohidratos, tal como se muestra en la siguiente ecuación (Acosta et al. 2015):
La fotosíntesis es el proceso principal, por el cual la energía libre en el ambiente se hace disponible al mundo viviente. Los organismos autótrofos captan la energía luminosa y la transforman en energía química. Mediante este proceso se forma un carbohidrato y oxígeno libre a partir del dióxido de carbono y el agua (Aguilar et al. 2012): El proceso de fotosíntesis que se desarrolla en las plantas consiste en la transformación de la energía captada del sol (luz solar) en energía química. Esta energía es utilizada por todas las plantas para la reducción del gas carbónico y la producción de hidratos de carbono mediante la intervención de sustancias inorgánicas y agua. Generalmente se trata de un conjunto de reacciones bioquímicas que dan la función a las plantas iluminadas de poder producir materia orgánica constituyendo de esta manera un proceso esencial para la vida. El agua presente en las plantas juega el papel de reductor y por lo tanto en la fotosíntesis se obtiene la liberación de oxígeno (Sánchez 2016). Descripción de fotosíntesis: Figura 1 III.1.1. Importancia de la fotosíntesis Gracias a la fotosíntesis se pudo expandir la vida sobre la tierra hace millones de años en la evolución y perpetuarse a través de los siglos hasta la actualidad al:
- Proporcionar alimentación para los organismos heterótrofos.
III.1.2. Fases de la fotosíntesis a) Fase fotoquímica (Fase luminosa) Fase en donde se transforma la energía luminosa en química: que es usada por todos los seres vivos. Los vegetales son el primer y único eslabón productor de la cadena trófica (Talón, 2002). las plantas utilizan la energía luminosa llamada fotón. Esta energía luminosa es absorbida por la clorofila, por lo tanto, es nuestra misión proporcionarles a las plantas los elementos nutricionales necesarios para que puedan sintetizar cantidades importantes de clorofila y de esta manera capturen la mayor cantidad de energía luminosa. La fase fotoquímica tiene dos fotosistemas: FS II y FS I (Esquivel 2006). La luz solar se convierte en energía química gracias a los cloroplastos que se encuentran en la clorofila; dicha energía proviene de la rotura de la molécula de agua (H2O), de forma que se libera oxígeno (O2) a la atmósfera y aprovecha los protones de hidrógeno (4H+) generados, que serán los que dentro de las células formen otra molécula denominada ATP (Adenosín trifosfato), que es la que almacena energía. Para que esto ocurra, cada molécula de clorofila absorbe un fotón de luz y al hacerlo pierde un electrón, el cual pasa a la cadena de transporte de electrones que produce NADPH (Nicotinamida Adenina Dinucleótido Fosfato) y el ya mencionado ATP (Cordero 2020). La fase luminosa de la fotosíntesis consiste en la transformación de la energía lumínica en energía química (bajo la forma de moléculas de ATP) y en la obtención de un agente reductor de alta energía (la coenzima reducida NADPH). Dentro de esta fase luminosa, ocurren cuatro sucesos importantes: Excitación Fotoquímica de la Clorofila. La energía luminosa altera o excita ciertos electrones de la molécula de clorofila y estos son transferidos a moléculas aceptoras de electrones. Gracias a esto, las moléculas de clorofila se oxidan. Foto oxidación del H2O (fotólisis). La molécula de agua se rompe y libera O2, electrones y protones (H+1).
Foto reducción del NADP. Este capta los electrones desprendidos de la clorofila y los protones provenientes del agua, la cual forma NADPH (el cual es utilizado en la etapa independiente de la luz). Foto fosforilación del ADP. Formación del ATP a partir del ADP + P + Energía Liberada en el salto de electrones de la oxidación de las moléculas de clorofila. Estos procesos se producen mediante la interacción de dos fotosistemas: El 1 y el 2. Luz H2O + NADP + Pi + ADP ________ O2 + NADPH + H + ATP 10 a). El fotosistema 1 capta la luz, cuya longitud de onda sea menor o igual a 700 nm (nanómetros). Actúan moléculas de clorofila A que absorben máximamente a 700 nm y se llaman P700. b). El fotosistema 2 reacciona con moléculas de clorofila B que absorben en un máximo de 680 nm y son llamados P680 (García 2005). Esta fase depende de la luz que reciben los cloroplastos de las células vegetales que son captados por medio de la clorofila, esta energía lumínica descompone el agua en Oxigeno e Hidrogeno, liberándose el Oxígeno y generándose 2 moléculas por medio del movimiento de sus electrones de un nivel a otro liberando energía para producir la molécula ATP y el poder reductor que es la molécula NADPH2 que aportaran a la fase siguiente energía química para la transformación de CO2 en Hidratos de carbono (Talón, 2002). La fase luminosa consiste en la transferencia de energía lumínica en química bajo la forma de ATP, y en la obtención de una fuente reductora de alta energía: la coenzima NADPH. Como subproducto de esta etapa se obtiene O2. La etapa lumínica se lleva a cabo en las granas del cloroplasto. La etapa lumínica, se desencadena cuando el fotosistema I (PS I) absorbe un fotón, este PS I emite un electrón que es aceptado por una proteína, la Ferredoxina. Este fotosistema queda por lo tanto con carga positiva. La Ferredoxina ahora reducida, transporta electrones al NADP+ el cual, juntamente con H+ provenientes de la fotooxidación del H2O, es reducido a NADPH. Por otro lado, el PS II también es excitado por la luz y sus electrones son llevados a un nivel de alta energía donde son aceptados sucesivamente por una cadena transportadora específica. Finalmente, los electrones son aceptados por el PS I que había quedado
cede dos electrones a un aceptor primario de electrones. Estos electrones van pasando por una cadena de aceptores de fácil oxidación y reducción (redox). A medida que se van transfiriendo, van perdiendo energía, en la cual parte de la energía es usada para la síntesis de ATP por quimiosmosis. Al final de este proceso la clorofila A en el centro de reacción del fotosistema 2 carece de electrones, los cuales son sustituidos con electrones provenientes del agua. Cuando la molécula P680 absorbe energía luminosa, ejerce atracción sobre los electrones de la molécula de agua. Esta molécula se fotoliza, ósea, usa el hidrógeno para formar NADPH y liberar el producto oxígeno (O2). La fase lumínica es un conjunto de reacciones dependientes de la luz. Tiene lugar en el espacio tilacoidal y la membrana de los tilacoides de los cloroplastos, donde se localizan los fotosistemas y otros complejos multiproteicos que participan en la captación de la energía lumínica y su conversión en energía química, tanto en forma de poder reductor (NADPH) como en forma de energía libre (ATP). Consta de dos acontecimientos importantes, de los que derivan 3 consecuencias fundamentales: a. Fotólisis del agua: La energía de la luz rompe la molécula de agua, liberándose O2 (consecuencia 1) a la atmósfera y reteniendo el H por la coenzima NADP, que pasa a su forma reducida NADPH (obtención poder reductor: consecuencia 2). b. Fotofosforilación: La energía luminosa se emplea en la formación de ATP (consecuencia 3). c. La reacción que representa esta fase sería: El NADP reducido (NADPH) y el ATP se producen en las reacciones dependientes de la luz (Tenorio 2005). b) Fase biosintética (Fase oscura) En la que ya no interviene la luz y las moléculas formadas en la fase luminosa (ATP y NADPH2) participan en la reducción del bióxido de carbono (CO2) mediante una serie de reacciones el “Ciclo de Calvin” en
donde se combina Se combina CO2 con RDP (difosfato de ribulosa) para formar PGA (ác. Fosfoglicérido) (Talón, 2002). La fase oscura de la fotosíntesis es el conjunto de reacciones independientes de la luz. Tiene lugar en el estroma de los cloroplastos y en ella ocurre la reducción de la materia inorgánica, que se convierte en orgánica. El H necesario lo proporciona el NADPH y la energía el ATP, que se produjeron en la fase luminosa. La reacción que representa esta fase sería: CO2 + 2 NADPH + ATP--------------- (CH2O) + 2 NADP+ + ADP + Pi El CH2O representa una molécula orgánica hidrocarbonada que podría ser un monosacárido, la glicerina, un ácido graso, etc. El NADPH y el ATP de las reacciones dependientes de la luz sirven como fuente de energía para llevar a cabo las reacciones independientes de la luz y reducir la materia inorgánica (Tenorio 2005). El CH2O representa una molécula orgánica hidrocarbonada que podría ser un monosacárido, la glicerina, un ácido graso, etc. El NADPH y el ATP de las reacciones dependientes de la luz sirven como fuente de energía para llevar a cabo las reacciones independientes de la luz y reducir la materia inorgánica (Tenorio 2005). La fase oscura o Ciclo de Calvin consiste en la reducción de moléculas de CO2 para formar glúcidos mediante las fuentes de energía (ATP) y la fuente reductora (NADPH) obtenidas en la etapa clara o luminosa. La etapa oscura ocurre en la matriz del cloroplasto con la intervención de numerosas enzimas que actúan en un ciclo. En el estroma existe una molécula que acepta la adición de CO2: la ribulosa difosfato (de 5 carbonos) que forma un compuesto transitorio de 6 C, que rápidamente de hidroliza dando 2 moléculas de fosfoglicerato (PGA) (cada molécula de PGA contiene 3 átomos de carbono). La enzima que cataliza esta reacción es la ribulosa difosfato carboxilasa (RUBISCO) localizada en la superficie estromal de las membranas tilacoidales. El PGA se convierte en difosfoglicerato mediante el gasto de un ATP, es necesaria la participación del NADPH para reducir al difosfoglicerato y convertirlo en gliceraldehído fosfato (PGAL), un azúcar de 3 C. Dos de estas 14 triosas (PGAL) se condensan y forman una hexosa: la fructosa 1,6 difosfato, a la brevedad uno de los grupos fosfatos es eliminado enzimáticamente para producir fructosa 6 fosfato, la cual experimenta un reacondicionamiento
reservas o gastos energéticos en otras partes de la planta. La glucosa es una de las hexosas más importantes y junto con la fructosa forma la sacarosa, la cual es utilizada como sustancia de almacenamiento y de transporte. Un producto de almacenamiento más estable es el almidón (Aguilar et al. 2012). Esta fase se inicia con la captura del CO2 de la atmósfera por un compuesto llamado Ribulosa 1,5 difosfato gracias a la enzima RuBisCO, y origina un compuesto inestable de seis carbonos, que se descompone en dos moléculas de ácido 3- fosfoglicérico (PGA). Se trata de moléculas constituidas por tres átomos de carbono, por lo que las plantas que siguen esta vía metabólica se llaman C3. Si bien, muchas especies vegetales tropicales que crecen en zonas desérticas, modifican el ciclo de tal manera que el primer producto fotosintético no es una molécula de tres átomos de carbono, sino de cuatro (un ácido dicarboxílico), constituyéndose un método alternativo denominado vía de la C4, al igual que este tipo de plantas. Luego se produce la reducción del dióxido de carbono fijado. Por medio del consumo de ATP y del NADPH obtenidos en la fase luminosa, el ácido 3- fosfoglicérico se reduce a gliceraldehído 3-fosfato (PGAL), que puede seguir caminos diversos. La primera vía consiste en la regeneración de la ribulosa 1-5- difosfato (la mayor parte del producto se invierte en esto). Otras rutas posibles como la biosíntesis de: aminoácidos, ácidos grasos, glucosa, fructosa y almidón. La regeneración de la ribulosa-1,5-difosfato se lleva a cabo a partir del gliceraldehído 3- fosfato, por medio de un proceso complejo donde se suceden compuestos de cuatro, cinco y siete carbonos, semejante al ciclo de las pentosas fosfato en sentido inverso (en el ciclo de Calvin, por cada molécula de dióxido de carbono que se incorpora se requieren dos de NADPH y tres de ATP) (Esquivel 2006). Energía. Las moléculas de glucosa sirven como combustible para las células: su energía química puede obtenerse a través de procesos como la respiración celular y fermentación(Se abre en una ventana nueva), que genera trifosfato de adenosina —ATP, una molécula pequeña portadora de energía— para las necesidades de energía inmediatas de la célula (García et al., 2001).
Carbono fijo. Cuando el carbono del dióxido de carbono —carbono inorgánico— se incorpora a moléculas orgánicas, este proceso se llama fijación de carbono , mientras que el carbono de moléculas orgánicas se conoce como carbono fijo. El carbono que está fijo y se ha incorporado a los azúcares durante la fotosíntesis puede utilizarse para crear otros tipos de moléculas orgánicas que necesitan las células (Gil, 1995). Descripción de la energía solar: Figura 2 III.1.3. La importancia ecológica de la fotosíntesis Los organismos fotosintéticos, como plantas, algas y algunas bacterias, cumplen una función ecológica clave: introducen la energía química y el carbono fijo en los ecosistemas mediante el uso de la luz para sintetizar azúcares. Dado que producen su propio alimento (es decir, fijan su propio carbono) con la energía de la luz, estos organismos se llaman fotoautótrofos (literalmente, “organismos que se alimentan a sí mismos al utilizar luz") (Salisbury et al,.200) Los seres humanos y otros organismos que no pueden convertir dióxido de carbono en compuestos orgánicos se llaman heterótrofos (“que se nutre de
cloroplasto, las estructuras similares a discos llamadas tilacoides están dispuestas en pilas que se asemejan a panqueques y se conocen como granas. Las membranas de los tilacoides contienen un pigmento de color verde llamado clorofila, que absorbe la luz. El espacio lleno de líquido alrededor de las granas se llama estroma, mientras que el espacio interior de los discos tilacoides se conoce como espacio tilacoidal. Se producen distintas reacciones químicas en las diferentes partes del cloroplasto (García et al., 2001). III.1.5. Las reacciones dependientes de la luz y el ciclo de Calvin La fotosíntesis en las hojas de las plantas implica muchos pasos, pero puede dividirse en dos etapas: las reacciones dependientes de la luz y el ciclo de Calvin (Gil, 1995). Las reacciones dependientes de la luz, se producen en la membrana de los tilacoides y necesitan un suministro continuo de energía luminosa. La clorofila absorbe esta energía luminosa, que se convierte en energía química mediante la formación de dos compuestos: ATP—una molécula de almacenamiento de energía— y NADPH, un portador de electrones reducido. En este proceso, las moléculas de agua también se convierten en gas oxígeno, el oxígeno que respiramos (Salisbury et al,.200). El ciclo de Calvin, también llamado reacciones independientes de la luz, se lleva a cabo en el estroma y no necesita luz directamente. El ciclo de Calvin utiliza el ATP y NADPH de las reacciones dependientes de la luz para fijar el dióxido de carbono y producir azúcares de tres carbonos —moléculas de gliceraldehído-3-fosfato, o G3P— que se unen para formar la glucosa (Taiz et al.2006).
Descripción general de la figura: Fotosíntesis 4
III.2. RESPIRACION
La respiración vegetal es el conjunto de reacciones celulares mediante las cuales los carbohidratos sintetizados mediante la fotosíntesis son oxidados a CO2 y H2O, y la energía liberada es transformada mayoritariamente en ATP. La respiración vegetal es un proceso catabólico, un conjunto de reacciones mediante las cuales los azúcares sintetizados durante la fotosíntesis son oxidados a CO2 y H2O y la energía liberada es transformado mayoritariamente en ATP, además, como consecuencia de ella, los azucares son convertidos los esqueletos carbonados que serán las unidades básicas para construir las estructuras vegetales (Day, 1993; Kader, 1992). Las proteínas y los ácidos grasos también son oxidados, por lo general, en menor medida que los carbohidratos, que son los principales sustratos respiratorios de las plantas (Wills et al., 1999). Ecuación General: C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O + 686 Kcal. Mol-1 Esta reacción es fuertemente exergónica, parte de la energía se libera como calor por transpiración, y otra queda atrapada en las moléculas de ATP. La energía obtenida a través de la respiración, almacenada en forma de ATP, es utilizada para el crecimiento de los órganos vegetales y de la planta, el mantenimiento de
