Ecosistemas: Interacciones, Energía y Dinámica PDF

# Ecosistemas: Interacciones, energía y dinámica ## Estructuras fotosintéticas La fotosíntesis es un conjunto de reacciones con las cuales la energía proveniente del Sol en forma de luz visible es almacenada como energía química contenida en moléculas orgánicas (figura 1.6), de acuerdo con la sigu...

# Ecosistemas: Interacciones, energía y dinámica ## Estructuras fotosintéticas La fotosíntesis es un conjunto de reacciones con las cuales la energía proveniente del Sol en forma de luz visible es almacenada como energía química contenida en moléculas orgánicas (figura 1.6), de acuerdo con la siguiente ecuación: $6CO_2 + 6H_2O \rightarrow C_6H_{12}O_6 + 6O_2$ Las plantas, las algas (figura 1.7) y un grupo de bacterias llamadas cianobacterias son los únicos organismos capaces de realizar la fotosíntesis (figura 1.8), mediante la cual capturan la energía del Sol para energizar electrones, cuya energía se guarda en enlaces covalentes de moléculas de carbohidratos. ## Respiración aeróbica La respiración aeróbica es un tipo de respiración celular que se produce en presencia de oxígeno. La llevan a cabo prácticamente todos los seres vivos del planeta, a excepción de bacterias, ciertos hongos como las levaduras, y algunas células animales. En este proceso juega un papel fundamental la mitocondria, que es un organelo presente en las células eucariotas, es decir, aquellas que poseen un núcleo y orgánulos con membranas. La respiración aeróbica engloba tanto la glucólisis aeróbica como el ciclo de Krebs. **Fase 1: La glucólisis aerobia** ocurre en el citoplasma celular, es el proceso durante el cual se descompone una molécula de glucosa en dos moléculas de piruvato, por la acción de varias enzimas, con lo cual se obtienen moléculas de ATP y NADH. El piruvato tiene gran relevancia para otras rutas metabólicas. **Fase 2: El ciclo de Krebs** es un conjunto de reacciones que liberan dióxido de carbono y generan ATP, NADH y FADH2. El acetil-CoA se combina luego con oxalacetato, un compuesto de cuatro carbonos, para formar citrato, un compuesto de seis carbonos. A partir de aquí, el ciclo de Krebs procede a través de una serie de reacciones que liberan dióxido de carbono y generan ATP, NADH y FADH2. **Fase 3: La fosforilación oxidativa** es la etapa final de la respiración celular. Tiene dos componentes: la cadena de transporte de electrones y la quimiósmosis. * **La cadena de transporte de electrones** es el modo en que los electrones se transportan de una molécula a otra, inicia con la recepción de electrones de las moléculas de NADH y FADH₂ generadas durante la glucólisis y el ciclo de Krebs. A medida que los electrones se mueven, liberan energía que se utiliza para bombear protones (iones de hidrógeno) a través de la membrana mitocondrial interna, creando un gradiente electroquímico, es decir, una mayor concentración de protones en el espacio intermembranoso que en la matriz, y una diferencia de carga eléctrica. * **Durante la quimiósmosis**, este gradiente impulsa la ATP sintasa, una enzima localizada en la membrana mitocondrial interna, que utiliza la energía para sintetizar ATP a partir de ADP (adenosín difosfato) y fosfato inorgánico (P). Durante la cadena de transporte de electrones se producen 36 moléculas de ATP. ## Respiración anaeróbica La respiración anaeróbica es un tipo de respiración celular que se produce en ausencia de oxígeno, por lo cual las rutas metabólicas varían con respecto a la respiración aeróbica, después de la glucólisis. En contraste con la respiración aeróbica, ésta se lleva a cabo en el citoplasma de la célula. La fermentación es un proceso metabólico que convierte el azúcar en ácidos, gases o alcohol en la ausencia de oxígeno. ## Fase dependiente de la luz Las reacciones que ocurren en la fase dependiente de la luz convierten la energía solar en energía química, de acuerdo con la siguiente ecuación: $Luz$ $12H_2O + 12NADP^+ + 18ADP + 18P \rightarrow 6O_2 + 12ATP + 18NADPH$ $Clorofila$ Este proceso ocurre en el fotosistema, una estructura alojada en la membrana de los tilacoides y constituida por proteínas, las cuales absorben la energía de la luz mediante los pigmentos fotosintéticos y la almacenan temporalmente en las moléculas de ATP y NADPH. ## Fijación de carbono (fase oscura) La energía de las moléculas ATP y NADPH almacenada durante la fase dependiente de luz, es usada durante la fijación de carbono para formar moléculas orgánicas a partir de CO₂. Este proceso se puede sintetizar en la siguiente ecuación: $12NADPH + 18ATP + 6CO_2 \rightarrow C_6H_{12}O_6 + 12NADP^+ + 18ADP + 18P + 6H_2O$ La fijación de carbono es un proceso de 13 reacciones que se lleva a cabo en el estroma de cloroplasto y recibe el nombre de ciclo de Calvin. Se divide en tres fases: * **Fase 1: Captación del carbono**. La enzima RuBisCo (Ribulosa-1,5-bisfosfato carboxilasa/oxigenasa) cataliza la reacción entre el dióxido de carbono (CO₂) y la molécula de ribulosa-1,5-bisfosfato (RuBP), lo cual produce dos moléculas de 3-fosfoglicerato (3-PGA), que es un compuesto de 3 carbonos. * **Fase 2: Reducción**. Las moléculas de 3-PGA son fosforiladas por ATP y reducidas por NADPH (producidos en la fase dependiente de luz) para formar gliceraldehído-3-fosfato (GBP). Una de las moléculas de G3P puede salir del ciclo para contribuir a la síntesis de glucosa y otros carbohidratos, mientras que el resto se utilizará para regenerar RuBP. * **Fase 3: Regeneración de RuBP**: La mayoría de las moléculas de G3P permanecen en el ciclo para regenerar RuBP con la ayuda de más ATP, lo que permite que el ciclo continúe. ## La fotosíntesis y el ciclo del carbono El ciclo del carbono y la fotosíntesis están interconectados. Las plantas utilizan el dióxido de carbono atmosférico, usando la energía de la luz solar, para producir glucosa a través de la fotosíntesis. La glucosa se almacena en forma de almidón o se utiliza para producir proteínas, grasas y otras moléculas. La respiración de estas moléculas libera CO₂ a la atmósfera.