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ECOLOGÍA II PRODUCTIVIDAD PRIMARIA ecologia.ug@gmail.com PRODUCTIVIDAD PRIMARIA • Productividad Primaria se define como la razón de formación de compuestos orgánicos a partir de energía lumínica (Fotosíntesis) 6 CO2 + 6 H2O --> C6H12O6 +6O2+ H2O • La totalidad de materia orgánica fijada es la productividad primaria bruta (PPB). Parte de la PPB es utilizada por la planta para procesos metabólicos (respiración). La energía que queda para ser usada por otros organismos es la productividad primaria neta (PPN). Se expresa en gramos de carbón fijado por unidad de área o volumen de agua de mar por un intervalo de tiempo ( g C /m2/año). Productividad primaria gC/m2/año Área Marina Área Terrestre Menor a 50 Océano abierto Desiertos 50 – 150 Plataforma continental Bosques, praderas, cultivos 150 - 500 Surgencias, estuarios profundos Bosque lluviosos, lagos 500 - 1250 Estuarios someros, arrecifes de coral Pantanos, Selva húmeda tropical TASAS DE PRODUCCIÓN POR ECOSISTEMAS FACTORES QUE AFECTAN LA PRODUCTIVIDAD PRIMARIA Luz Toma y disponibilidad de nutrientes Temperatura e interacciones con otros factores • Fotosíntesis- Neta = [O2 D.(BC)- O2D i] • Respiración = [O2D. i – 2D. (BO)] • PPB = Fotosíntesis -Neta + Respiración • Carbono 14 radioisótopo C14 y de sensores remotos, DETERMINACIÓN DE PRODUCCIÓN DE BIOMASA Y PRODUCTIVIDAD PRIMARIA 1000 800 600 400 200 0 5 10 15 20 25 30 P ro fu nd id ad ( m ) 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 34 35 36 37 38 Temperatura ( o C) Salinidad (PU) Densidad (Kg m -3 ) Clorofila (mg m -3 ) 22 24 26 28 •Energía Cinética Movimiento •Energía Potencial Localización Organización •Energía Química Moléculas Tipos de Energía Transformaciones de la energía en la materia orgánica 1. Primera ley ó ley de la conservación de la energía • La cantidad de energía en el universo es constante • La energía no se crea ni se destruye tan sólo se transforma Termodinámica 2.Segunda Ley ó Entropía Los cambios de energía de un tipo a otro están acompañados de pérdidas en forma de calor (entropía) 1. Endergónicas (Requieren Energía) • Productos ricos en energía potencial (enlaces covalentes) • Fotosíntesis: CO2 + H2O luz Glucosa + O2 2. Exergónicas (Liberan Energía) • Los enlances de los reactivos ó reactantes tienen más energía que los productos • Combustión: Celulosa + O2 CO2 + H2O Reacciones Químicas • Autótrofos ó Fotoautótrofos – Fuente de Carbono es CO2 – Fuente de energía luz solar • Heterótrofos – Obtienen carbono y energía alimentándose de autótrofos o de otros heterótrofos Fuentes de Carbono y Energía Fotoautótrofos • Capturan energía solar para realizar fotosíntesis –Plantas –Algunas bacterias – La mayoría de protistos Estructura del Cloroplasto membranas externas Sistema interno de membranas tilacoides estroma estroma Canales internos Ecuación de la Fotosíntesis 12H2O + 6CO2 6O2 + C6H12O6 + 6H2O Agua Dióxido Carbono Oxígeno Glucosa Agua ENERGIA LUMÍNICA Origen de los productos de la Fotosíntesis Productos 6O2 C6H12O6 6H2O Reactivos 12H2O 6CO2 Fotosíntesis Luz solar Captación de agua Captación de dióxido de carbono ATP ADP + Pi NADPH NADP+ glucosa P Liberación de oxígeno REACCIONES INDEPENDIENTES DE LUZ REACCIONES DEPENDIENTES DE LUZ Formación de agua Espectro Electromagnético Longitud de Onda corta Longitud de Onda larga Rayos Gamma Rayos X Radiación UV Luz visible Radiació Infraroja Microondas Ondas de Radio Luz Visible • Los humanos percibimos diferentes longitudes de onda (colores) • Violeta(380 nm) hasta rojo (750 nm) • Longitudes de onda larga, baja energía Figure 7.5a Page 118 Fotones • Paquetes de energía lumínica • Cada tipo de fotón tiene una cantidad fija de energía • Los fotones con más energía viajan en longitudes de onda corta (Luz azul - violeta) Pigmentos • El color que vemos es la longitud de onda que no se absorbe (Refleja) • Los pigmentos absorben longitudes de onda luminosa a través de enlaces simples • Estos enlaces contienen electrones que cambian su nivel de energía Tipos de Pigmentos Clorofilas a y b Carotenoides Antocianinas Ficobilinas Clorofilas L o n g it u d d e o n d a d e a b s o rc ió n ( % ) Longitud de onda (nanometros) clorofila b clorofila a Pigmentos Accesorios P o rc e n ta je d e a b s o rc ió n Longitud de onda (nanometros) beta-caroteno ficoeritrina Carotenoides, Ficobilinas, Antocianinas clorofila b clorofila a carotenoides ficoerytrina (a phycobilin) (absorción combinada) clorofila a clorofila b phycoerythrin (a phycobilin) Pigmentos en la fotosíntesis • Bacterias –Pigmento en el plasma • Plantas –Pigmentos y proteinas organizadas en fotosistemas al interior de las membranas tilacoides Fotosíntesis Luz solar Captación de agua Captación de dióxido de carbono ATP ADP + Pi NADPH NADP+ glucosa P Liberación de oxígeno REACCIONES INDEPENDIENTES DE LUZ REACCIONES DEPENDIENTES DE LUZ Formación de agua • Los pigmentos absorben energía solar, energía en e-, inicia la cadena de transferencia de electrones • La molécula de agua se divide, formación de ATP y NADH , liberación de oxígeno • Los electrones predidos por los Pigmentos son remplazados Reacciones dependientes de la luz ( Reacciones de Luz) Pigmentos en un fotosistema Centro de reacción Formación de ATP • Gradientes eléctricos y de concentración de H+ se crean entre los compartimentos tilacoides y el estroma • El flujo bajo un gradiente de H+ entran al estroma y se forma ATP por síntesis • El flujo de iones controla la formación de ATP • Síntesis de la fotosíntesis • Suceden en la oscuridad • Se realizan en el estroma • Ciclo de Calvin-Benson Reacciones independientes de la luz Ciclo de Calvin-Benson • Reactivos – Dióxido de Carbon – ATP – NADPH • Productos – Glucosa – ADP – NADP+ Reacción cíclica de RuBP fija Carbono (ribulosa bifosfato) NADPH – (Dinucleotido de nicotinamida y adenina) FIJACION DE CARBONO 6 CO2 (del aire) 6 6 RuBP PGA Intermediario inestable 6 ADP 6 12 12 ATP ATP NADPH 10 12 PGAL glucosa P PGAL 2 Pi 12 ADP 12 Pi 12 NADP+ 12 4 Pi PGAL Calvin- Benson • En el ciclo Calvin-Benson, El primer intermediario estable es PGAL (tres carbonos, Fosfogliceraldehído) • Como el primer intermediario tiene 3 carbonos, esta ruta metabólica se llama C3 • Plantas: la mayoría son C3, por lo que depende de la entrada de CO2. (estomas) C3 Plantas C4 ( Maíz) • El dióxido de Carbono se fija doble – En células del mesofilo, el CO2 es fijado para formar oxalacetato de 4 carbonos – Oxalacetato es tranferido a células externas – Se libera CO2 y se fija de nuevo en el ciclo Calvin- Benson – Estas plantas son más eficientes que las C3 Plantas CAM ( Cactus) • Carbono se fija dos veces (en las mismas células) • Noche – CO2 fijado en forma de ácidos orgánicos • Día – CO2 es liberado y fijado en el ciclo de Calvin- Benson Procesos de vida Fotosíntesis • Energía que se almacena (endergónica) • Liberación de O2 • Requiere de CO2 Respiración Aeróbica • Energía que es liberada • Requiere O2 • Libera dióxido de carbono • Los pigmentos absorben energía solar, energía en e-, inicia la cadena de transferencia de electrones • La molécula de agua se divide, formación de ATP y NADH , liberación de oxígeno • Los electrones predidos por los Pigmentos son remplazados Reacciones dependientesde la luz ( Reacciones de Luz) • Síntesis de la fotosíntesis • Suceden en la oscuridad • Se realizan en el estroma • Ciclo de Calvin-Benson Reacciones independientes de la luz NORTH AMERICA ATLANTIC OCEAN AFRICA SPAIN Invierno Verano
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