Fotosíntesis y respiración frente a frente
Lo que vas a aprender
- Comparar la fotosíntesis y la respiración celular por sus reactivos, sus productos, dónde ocurren, cuándo ocurren y su función.
- Construir la tabla de átomos de las dos ecuaciones globales y explicar por qué los productos de una son los reactivos de la otra.
- Calcular, con datos inventados, cuánta glucosa gana o pierde una planta en un día y en una noche.
- Explicar que la materia da la vuelta entre los dos procesos y que la energía no.
Para qué
¿Para qué sirve esto?
Imagina una mata en un frasco de vidrio bien tapado, al sol, y a su lado un grillo. Los dos podrían aguantar más tiempo juntos que cada uno por separado. Lo que el grillo bota al respirar le sirve a la planta, y lo que la planta suelta le sirve al grillo. Ese frasco es un pequeño modelo de lo que pasa en todo el planeta.
En las dos lecciones anteriores estudiaste la fotosíntesis y la respiración celular por separado. Ahora vas a ponerlas una al lado de la otra: qué entra, qué sale, dónde y cuándo ocurre cada una, y para qué le sirve cada una al ser vivo. Con eso vas a entender por qué la materia da vueltas en los ecosistemas y por qué una planta crece.
Antes de empezar ten a mano las dos ecuaciones globales y recuerda cómo se cuentan los átomos con coeficientes y subíndices.
Explicación
Las dos ecuaciones, una debajo de la otra
Fotosíntesis:
6CO₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂
Respiración celular:
C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O
Fíjate bien: los reactivos de la fotosíntesis, el dióxido de carbono y el agua, son los productos de la respiración. Y los productos de la fotosíntesis, la glucosa y el oxígeno, son los reactivos de la respiración. Por eso se dice que los dos procesos son complementarios: cada uno usa lo que el otro deja.
Que las ecuaciones globales se vean una al revés de la otra no quiere decir que la respiración sea la fotosíntesis «devolviéndose». Los dos procesos ocurren en lugares distintos de la célula y siguen caminos distintos, con muchos pasos diferentes. Lo que coincide es el balance: lo que entra a uno es lo que sale del otro.
Frente a frente
| Fotosíntesis | Respiración celular | |
|---|---|---|
| Reactivos | Dióxido de carbono y agua | Glucosa y oxígeno |
| Productos | Glucosa y oxígeno | Dióxido de carbono y agua |
| Energía | La luz se transforma en energía química | La energía química se transforma en movimiento, calor y trabajo de la célula |
| Dónde | En los cloroplastos de las partes verdes | En casi todas las células vivas, sobre todo en las mitocondrias |
| Cuándo | Solo con luz | Siempre, de día y de noche |
| Quién | Plantas, algas y algunas bacterias | Casi todos los seres vivos, también las plantas |
| Función | Construir materia orgánica y guardar energía | Liberar la energía guardada para vivir |
La fila de quién es la que más se confunde. Las plantas hacen las dos cosas: la fotosíntesis en sus partes verdes y cuando hay luz, y la respiración en todas sus células y todo el tiempo. Un animal o un hongo solo hacen la respiración.
La materia da la vuelta, la energía no
Sigue un átomo de carbono. Está en el aire, en una molécula de CO₂; entra a una hoja y la fotosíntesis lo pone en una glucosa. Luego la misma planta, o un animal que se la come, la respira, y el átomo sale otra vez al aire en un CO₂. Puede repetir el viaje muchas veces: la materia se recicla.
La energía no hace ese viaje de vuelta. Entra como luz, queda guardada como energía química en la glucosa y, con la respiración, se usa para vivir y termina como calor. Ese calor ninguna planta lo puede usar para hacer fotosíntesis. Es lo mismo que viste en las pirámides: la energía fluye en un solo sentido, y por eso el ecosistema necesita la luz del sol todos los días.
Ejemplo resuelto
La tabla de átomos de las dos ecuaciones
Cuenta los átomos de cada elemento a los dos lados de la fotosíntesis, $\mathrm{6CO_{2} + 6H_{2}O \rightarrow C_{6}H_{12}O_{6} + 6O_{2}}$, y de la respiración, $\mathrm{C_{6}H_{12}O_{6} + 6O_{2} \rightarrow 6CO_{2} + 6H_{2}O}$, y compáralos.
Ver la solución paso a paso
La ecuación de la fotosíntesis está balanceada:
$$\mathrm{6CO_{2} + 6H_{2}O \rightarrow C_{6}H_{12}O_{6} + 6O_{2}}$$
La de la respiración también:
$$\mathrm{C_{6}H_{12}O_{6} + 6O_{2} \rightarrow 6CO_{2} + 6H_{2}O}$$
Carbono: en el lado del CO₂ y el agua, uno en cada CO₂; en el lado de la glucosa y el O₂, los seis de la glucosa.
$$6 \cdot \text{átomos de C en }\mathrm{CO_{2}} = \text{átomos de C en }\mathrm{C_{6}H_{12}O_{6}}$$
Hidrógeno: dos en cada agua; doce en la glucosa.
$$6 \cdot \text{átomos de H en }\mathrm{H_{2}O} = \text{átomos de H en }\mathrm{C_{6}H_{12}O_{6}}$$
Oxígeno: dos en cada CO₂ y uno en cada agua; seis en la glucosa y dos en cada O₂.
$$6 \cdot \text{átomos de O en }\mathrm{CO_{2}} + 6 \cdot \text{átomos de O en }\mathrm{H_{2}O} = \text{átomos de O en }\mathrm{C_{6}H_{12}O_{6}} + 6 \cdot \text{átomos de O en }\mathrm{O_{2}}$$
Átomos en total en el lado del CO₂ y el agua:
$$6 \cdot \text{n.º de átomos en }\mathrm{CO_{2}} + 6 \cdot \text{n.º de átomos en }\mathrm{H_{2}O}$$
Da:
$$36$$
Y en el lado de la glucosa y el O₂:
$$\text{n.º de átomos en }\mathrm{C_{6}H_{12}O_{6}} + 6 \cdot \text{n.º de átomos en }\mathrm{O_{2}}$$
Da:
$$36$$
Es la misma tabla para las dos ecuaciones, porque tienen las mismas sustancias: lo que en una es reactivo, en la otra es producto.
Respuesta: En las dos ecuaciones hay 6 átomos de carbono, 12 de hidrógeno y 18 de oxígeno a cada lado: 36 átomos en total.
El balance de una planta en un día
Una planta hace fotosíntesis de día y respira de día y de noche. ¿Cómo hace entonces para crecer? Depende del balance: si en un día fabrica más glucosa de la que respira, le sobra materia para construir hojas, raíces y madera. Si respira más de la que fabrica, gasta sus reservas y no crece.
Con luz fuerte, una planta sana fabrica mucha más glucosa de la que respira: por eso, a pleno sol, en conjunto toma CO₂ y suelta O₂. De noche solo respira: en conjunto toma O₂ y suelta CO₂. Con poca luz los dos procesos pueden quedar casi empatados. En los ejemplos siguientes los números son inventados, para ver cómo se hace la cuenta.
Ejemplo resuelto
Lo que gana una planta de día
Durante las horas de sol de un día, una planta fabrica 30 moléculas de glucosa con la fotosíntesis y descompone 12 en la respiración (datos inventados). ¿Cuánta glucosa le queda al final de la tarde y cuántas moléculas de O₂ suelta en conjunto?
Ver la solución paso a paso
Glucosa que le queda: la que fabrica menos la que respira.
$$30 - 12$$
Da:
$$18$$
Oxígeno que suelta la fotosíntesis: seis moléculas por cada glucosa fabricada.
$$30 \cdot 6$$
Da:
$$180$$
Oxígeno que consume la respiración: seis moléculas por cada glucosa respirada.
$$12 \cdot 6$$
Da:
$$72$$
En conjunto, sale al aire la diferencia:
$$180 - 72$$
Da:
$$108$$
Es lo mismo que multiplicar por seis la glucosa que le quedó:
$$18 \cdot 6 = 108$$
Respuesta: Al final de la tarde le quedan 18 moléculas de glucosa y suelta en conjunto 108 moléculas de O₂.
Ejemplo resuelto
Lo que pasa de noche
Durante la noche, la misma planta descompone 4 moléculas de glucosa en la respiración y no hace fotosíntesis (datos inventados). ¿Cuántas moléculas de O₂ toma y cuántas de CO₂ suelta?
Ver la solución paso a paso
Sin luz no hay fotosíntesis. La respiración consume seis moléculas de O₂ por cada glucosa:
$$4 \cdot 6$$
Da:
$$24$$
Y suelta un CO₂ por cada átomo de carbono de las glucosas:
$$\frac{4 \cdot \text{átomos de C en }\mathrm{C_{6}H_{12}O_{6}}}{\text{átomos de C en }\mathrm{CO_{2}}}$$
Da:
$$24$$
En el día completo la planta todavía gana glucosa: le quedaban 18 y de noche gastó 4.
$$18 - 4 = 14$$
Respuesta: De noche toma 24 moléculas de O₂ y suelta 24 de CO₂; en el día completo le quedan 14 moléculas de glucosa.
Práctica
¿Cuántos átomos hay en total entre las 6 moléculas de CO₂ y las 6 moléculas de agua de la fotosíntesis?
Cada CO₂ tiene tres átomos y cada agua también: 6 × 3 + 6 × 3 = 36. Son los mismos 36 átomos que salen en la respiración.
En la ecuación de la respiración, ¿cuántos átomos de oxígeno hay en el lado de los reactivos, entre la glucosa y las 6 moléculas de O₂?
Seis en la glucosa y dos en cada O₂: 6 + 6 × 2 = 18.
Una planta fabrica en un día 40 moléculas de glucosa y respira 15 (datos inventados). ¿Cuántas moléculas de glucosa le quedan para crecer?
40 − 15 = 25. El balance es positivo: la planta tiene materia para crecer.
Una planta fabrica 10 moléculas de glucosa y respira 4 en la misma mañana (datos inventados). Si por cada glucosa la fotosíntesis suelta 6 moléculas de O₂ y la respiración consume 6, ¿cuántas moléculas de O₂ suelta en conjunto?
Suelta 10 × 6 = 60 y consume 4 × 6 = 24: en conjunto salen 60 − 24 = 36 moléculas de O₂.
De noche, una planta solo respira: $\mathrm{C_{6}H_{12}O_{6} + 6O_{2} \rightarrow 6CO_{2} + 6H_{2}O}$. Si descompone 5 moléculas de glucosa, ¿cuántas moléculas de CO₂ suelta?
Cada glucosa tiene seis carbonos y cada uno sale en un CO₂: 5 × 6 = 30.
¿Verdadero o falso? Una planta que en un día fabrica 12 moléculas de glucosa y respira 15 gana glucosa para crecer: $12 - 15 > 0$
12 − 15 = −3: respira más de lo que fabrica, así que gasta sus reservas. Pasa, por ejemplo, con una planta que vive con muy poca luz.
Estos son balances de un día de cuatro plantas inventadas. Marca las plantas que tienen glucosa de sobra para crecer.
Marca todas las que apliquen.
Los balances son 12, −4, 0 y 20. Solo la primera y la cuarta fabrican más de lo que respiran; la tercera queda empatada y no le sobra nada.
¿Cuántos elementos distintos hay entre todas las sustancias de las dos ecuaciones? Piensa en la glucosa, C₆H₁₂O₆, que los tiene todos.
Carbono, hidrógeno y oxígeno. Las cuatro sustancias de las dos ecuaciones están hechas solo con esos tres elementos.
¿Cuál de estas comparaciones entre la fotosíntesis y la respiración celular es correcta?
Las plantas hacen las dos: la fotosíntesis cuando hay luz y en sus partes verdes, y la respiración todo el tiempo y en todas sus células, también en las raíces.
¿Qué pasa con la energía en los dos procesos?
Ningún proceso crea ni destruye energía: la transforman. La materia sí da la vuelta entre los dos procesos; la energía no, porque el calor que sale de la respiración no sirve para hacer fotosíntesis.
Reto
¿Fotosíntesis, respiración o las dos?
Arrastra cada frase a su canasta. Algunas frases valen para los dos procesos.
Reto
Completa la tabla de átomos de las dos ecuaciones.
Las dos ecuaciones tienen las mismas sustancias: cuenta una vez y te sirve para las dos.
Cierre
En resumen
Los reactivos de la fotosíntesis, CO₂ y agua, son los productos de la respiración, y los productos de la fotosíntesis, glucosa y O₂, son los reactivos de la respiración.
Las dos ecuaciones globales tienen la misma tabla de átomos, aunque los procesos ocurren en lugares distintos y por caminos distintos.
La fotosíntesis ocurre solo con luz en las partes verdes; la respiración, siempre y en casi todas las células vivas. Las plantas hacen las dos.
Una planta crece si en un día fabrica más glucosa de la que respira.
La materia da la vuelta entre los dos procesos; la energía entra como luz y sale como calor.
Vocabulario
- Proceso complementario
Proceso cuyos productos sirven como reactivos de otro. La fotosíntesis y la respiración celular lo son: lo que una produce, la otra lo usa.
- Balance de una planta
Diferencia entre la glucosa que una planta fabrica con la fotosíntesis y la que gasta en la respiración durante un tiempo. Si es positiva, la planta tiene materia para crecer.
- Energía química
Energía guardada en los enlaces que unen los átomos de una sustancia, como la glucosa.
Guía para el docente
Tiempos
- Inicio · 5 min — Plantee el frasco imaginario con la mata y el grillo (no se hace con animales) y pregunte por qué podrían aguantar más juntos. Anote las ideas.
- Explicación · 20 min — Escriba las dos ecuaciones una debajo de la otra y pida a los estudiantes que encuentren el parecido. Llene con ellos el cuadro comparativo, fila por fila, y haga la cuenta del balance del día.
- Práctica · 15 min — Preguntas y retos en parejas. Pida que una pareja explique a otra la fila de «quién» del cuadro.
- Cierre · 5 min — Vuelva al frasco: qué le da el grillo a la planta, qué le da la planta al grillo, y qué tiene que entrar desde afuera (la luz).
Preguntas para el salón
- Si las dos ecuaciones son una al revés de la otra, ¿por qué no se cancelan y la planta no gana nada?
- ¿Qué necesita el frasco cerrado del inicio que no puede reciclarse adentro?
- ¿Qué le pasaría a una planta que se deja muchos días en un cuarto oscuro? ¿Por qué?
Errores típicos
- Decir que las plantas hacen fotosíntesis y los animales respiran. Vuelva a la fila de «quién» del cuadro y pregunte si las raíces, que no reciben luz, están vivas y necesitan energía.
- Creer que la respiración es la fotosíntesis al revés, paso por paso. Explique que solo el balance coincide: los procesos tienen lugares y pasos distintos, como subir y bajar una montaña por caminos diferentes.
- Pensar que la energía también se recicla entre los dos procesos. Pregunte qué hace una planta con el calor que suelta al respirar; repase el flujo de energía de la unidad anterior.
Tarea sugerida
Inventar el balance de un día de una planta (glucosa fabricada de día, respirada de día y respirada de noche), calcular cuánta glucosa le queda y cuántas moléculas de O₂ suelta en conjunto, y decir si la planta crece.