Lo que vas a aprender
En palabras sencillas: las plantas atrapan la luz del sol y la guardan en azúcar. Luego las plantas y los animales "queman" ese azúcar para obtener energía.
Todo ser vivo necesita energía para crecer, moverse, repararse y mantenerse vivo. Esta lección sigue esa energía desde la luz del sol hasta tus músculos. Vas a aprender:
- cómo la fotosíntesis captura la energía de la luz y la guarda en la glucosa;
- cómo la respiración celular libera esa energía almacenada como ATP, y cómo funciona la fermentación sin oxígeno;
- por qué los dos procesos son casi imágenes en espejo;
- qué significan las Calorías y el metabolismo, y cómo el equilibrio de energía afecta el peso del cuerpo.
Cómo aparece en el GED®: la energía en los seres vivos es una de las dos áreas principales de las Ciencias de la vida. Espera pasajes sobre experimentos: plantas bajo lámparas, frascos sellados, levadura que produce gas. Espera también tablas de datos sobre la energía de los alimentos. Las preguntas te piden:
- nombrar lo que entra (reactivos) y lo que sale (productos);
- explicar un resultado o escoger una variable controlada;
- calcular Calorías.
No necesitas memorizar cada paso químico. Pero sí debes saber las dos ecuaciones en palabras. Debes saber qué entra y qué sale.
Vocabulario
- fotosíntesis — proceso en el que las plantas, las algas y algunas bacterias usan la energía de la luz para producir glucosa (azúcar). La producen a partir de dióxido de carbono y agua, y liberan oxígeno.
- cloroplasto — la parte de la célula vegetal donde ocurre la fotosíntesis (las células de las hojas están llenas de ellos).
- clorofila — el pigmento verde de los cloroplastos que absorbe la luz.
- glucosa — un azúcar simple, \text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6, que almacena energía química.
- respiración celular — proceso en el que las células descomponen la glucosa con oxígeno para liberar energía utilizable.
- mitocondrias — las partes de la célula donde ocurre la respiración celular aeróbica ("la central de energía de la célula").
- ATP — la molécula que las células usan como "moneda" de energía para realizar su trabajo.
- aeróbico — que usa oxígeno (respiración aeróbica).
- anaeróbico — sin oxígeno (fermentación).
- fermentación — descomposición anaeróbica del azúcar; la levadura produce etanol y CO₂; las células musculares producen ácido láctico.
- reactivo — una sustancia que entra en una reacción (el CO₂ en la fotosíntesis).
- producto — una sustancia que produce una reacción (el O₂ en la fotosíntesis).
- enzima — una proteína que acelera una reacción en las células; el calor fuerte puede desnaturalizarla.
- Caloría — una unidad de energía de los alimentos (una Caloría de alimento equivale a una kilocaloría).
- metabolismo — todas las reacciones químicas del cuerpo; la tasa metabólica basal es la energía que se usa en reposo total.
Fotosíntesis: guardar la energía del Sol
Piensa en una cocina que funciona con energía solar. Toma aire y agua, usa la luz del sol como energía y prepara azúcar. Eso es lo que hace una hoja.
Las plantas, las algas y algunas bacterias son productores: fabrican su propio alimento. En sus cloroplastos, la clorofila absorbe la energía de la luz y la usa para formar glucosa.
6\text{CO}_2 + 6\text{H}_2\text{O} + \text{energía luminosa} \rightarrow \text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 + 6\text{O}_2En palabras: dióxido de carbono + agua + energía luminosa → glucosa + oxígeno.
- El dióxido de carbono entra por unos poros diminutos de las hojas llamados estomas.
- El agua sube desde las raíces.
- El oxígeno sale por los estomas como producto de desecho; es el oxígeno que respiramos.
- La glucosa se usa para obtener energía, se almacena como almidón o se convierte en celulosa para las paredes celulares.
Transformación de energía: energía luminosa → energía química almacenada en los enlaces de la glucosa.
Factores que limitan la velocidad de la fotosíntesis:
| Factor | Efecto |
|---|---|
| Intensidad de la luz | más luz → más rápida, hasta que otro factor la limita |
| Concentración de CO₂ | más CO₂ → más rápida, hasta cierto punto |
| Temperatura | más rápida a medida que se calienta hasta un óptimo; demasiado calor daña las enzimas |
| Agua | muy poca agua → los estomas se cierran → entra menos CO₂ |
Ejemplo: si alejas una lámpara de una planta acuática, recibe menos luz, así que aparecen menos burbujas de oxígeno.
Respiración celular: liberar la energía
Piensa en el motor de un carro. Quema combustible con oxígeno y suelta gases de escape. Tus células hacen algo parecido, pero lentamente y sin llamas.
Todos los seres vivos, incluidas las plantas, descomponen el alimento para obtener energía utilizable. En la mayoría de las células esto ocurre en las mitocondrias y necesita oxígeno:
\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 + 6\text{O}_2 \rightarrow 6\text{CO}_2 + 6\text{H}_2\text{O} + \text{energía (ATP)}En palabras: glucosa + oxígeno → dióxido de carbono + agua + energía.
- La energía se captura en el ATP, que impulsa la contracción de los músculos, las señales de los nervios, la formación de proteínas y el transporte activo.
- Siempre se pierde algo de energía como calor. Por eso tu cuerpo está tibio y por eso te da calor cuando haces ejercicio.
- Inhalas oxígeno para esta reacción y exhalas el dióxido de carbono que produce.
Fermentación (anaeróbica): cuando falta oxígeno o hay poco, algunas células descomponen la glucosa sin él. Esto libera mucha menos energía por cada molécula de glucosa.
- Levadura: glucosa → etanol + dióxido de carbono + un poco de energía. El CO₂ hace que el pan se esponje.
- Células musculares humanas durante el ejercicio intenso: glucosa → ácido láctico + un poco de energía.
Ejemplo: un globo puesto sobre un matraz con levadura y azúcar se infla porque la fermentación libera CO₂.
Los dos procesos forman un ciclo: los productos de uno son los reactivos del otro.
Cómo se conectan los dos procesos
| Fotosíntesis | Respiración celular | |
|---|---|---|
| Quién la hace | plantas, algas, algunas bacterias | casi todos los seres vivos, incluidas las plantas |
| Dónde en la célula | cloroplastos | mitocondrias |
| Reactivos | CO₂, agua, energía luminosa | glucosa, oxígeno |
| Productos | glucosa, oxígeno | CO₂, agua, energía en forma de ATP |
| Energía | se almacena | se libera |
| Cuándo | solo con luz | todo el tiempo |
La idea que más se evalúa: una planta con luz hace ambos procesos al mismo tiempo. Que añada o quite CO₂ del aire depende de cuál es más rápido. Con luz intensa, normalmente gana la fotosíntesis y la planta quita CO₂. En la oscuridad solo ocurre la respiración, así que la planta añade CO₂. Un animal solo respira, así que siempre añade CO₂.
Ejemplo: un frasco sellado con una planta en la oscuridad gana CO₂. El mismo frasco con luz intensa pierde CO₂.
Calorías, metabolismo y equilibrio de energía
En palabras sencillas: las Calorías funcionan como el dinero. La comida es el ingreso; la actividad es el gasto.
La energía de los alimentos se cuenta en Calorías. Los tres nutrientes que dan energía aportan:
- carbohidrato ≈ 4 Calorías por gramo
- proteína ≈ 4 Calorías por gramo
- grasa ≈ 9 Calorías por gramo
Tu cuerpo gasta energía de tres maneras:
- Metabolismo basal: respirar, los latidos del corazón, la actividad del cerebro y mantenerse caliente en reposo. Para la mayoría de los adultos esta es la parte más grande, a menudo más de la mitad del gasto diario.
- Digestión: descomponer y absorber los alimentos.
- Actividad física: la parte que más controlas; una actividad más intensa o más larga usa más energía.
El metabolismo varía según el tamaño del cuerpo, la edad, el sexo, la masa muscular y la actividad. Un cuerpo más grande o con más músculo generalmente usa más energía.
Equilibrio de energía: si lo que consumes > lo que usas, lo que sobra se almacena (como glucógeno y sobre todo como grasa) y el peso sube con el tiempo. Si lo que consumes < lo que usas, la energía almacenada se descompone y el peso baja. Si son iguales, el peso se mantiene más o menos igual.
Ejemplo: alguien come 2,000 Calorías al día pero usa 2,300. Eso es una falta diaria (déficit) de 300 Calorías. Con el tiempo, bajaría de peso.
Fórmulas que puedes usar
\text{Calorías} = 4 \times (\text{g de carbohidrato}) + 4 \times (\text{g de proteína}) + 9 \times (\text{g de grasa}) \text{equilibrio de energía} = \text{Calorías consumidas} - \text{Calorías usadas} \text{tiempo necesario} = \frac{\text{Calorías por usar}}{\text{Calorías usadas por unidad de tiempo}}El examen de Ciencias del GED® no tiene hoja de fórmulas. Normalmente el examen da las Calorías por gramo o las tasas de actividad en el pasaje, así que tómalas de ahí.
Ejemplo 1: reactivos y productos
Pasaje: "Un científico le dio a una planta dióxido de carbono que contenía una forma especial de carbono que sirve como marcador. Después de varias horas con luz, el carbono marcador se encontró en los azúcares de la planta".
Pregunta: ¿Qué proceso llevó el carbono del aire al azúcar?
Pensando en voz alta:
- El carbono empieza en el CO₂ (un gas del aire) y termina en el azúcar (glucosa).
- ¿Qué proceso toma CO₂ y produce glucosa? La fotosíntesis.
- La respiración celular hace lo contrario: descompone la glucosa en CO₂.
- La condición de luz también coincide con la fotosíntesis.
Respuesta: la fotosíntesis.
Ejemplo 2: identificar la variable controlada
Pasaje: "Unos estudiantes pusieron plantas de frijol idénticas bajo luz roja, azul y verde de igual brillo durante 2 semanas y midieron su crecimiento".
Pregunta: ¿Cuál es la variable independiente? Nombra una variable controlada.
Pensando en voz alta:
- ¿Qué cambiaron los estudiantes a propósito? El color de la luz. Esa es la variable independiente.
- ¿Qué se midió? El crecimiento (variable dependiente).
- ¿Qué se mantuvo igual? El brillo, el tipo de planta y el tiempo (2 semanas) son variables controladas.
- En el GED®, una opción incorrecta a menudo presenta la variable dependiente como variable controlada. El crecimiento no se mantiene constante; es el resultado.
Respuesta: independiente = color de la luz; controlada = brillo (o tipo de planta, o tiempo).
Ejemplo 3: un cálculo de Calorías
Etiqueta: una taza de yogur tiene 4 g de grasa, 20 g de carbohidrato y 10 g de proteína.
Pregunta: ¿Cuántas Calorías hay en una taza?
Pensando en voz alta:
- Grasa: 4 \times 9 = 36.
- Carbohidrato: 20 \times 4 = 80.
- Proteína: 10 \times 4 = 40.
- Total: 36 + 80 + 40 = 156 Calorías.
- Comprobación: si cada gramo tuviera 4 Calorías, 34 \times 4 = 136; la grasa añade más, así que 156 es razonable.
Respuesta: 156 Calorías.
Ejemplo 4: interpretar una gráfica de fermentación
Datos: la levadura en agua con azúcar produjo 5 mL de CO₂ a 15 °C, 20 mL a 35 °C y 2 mL a 55 °C.
Pregunta: ¿Qué conclusión está mejor respaldada?
A. La levadura produce más CO₂ a la temperatura más alta. B. La fermentación de la levadura tiene una temperatura óptima entre los valores bajo y alto que se probaron. C. La temperatura no afecta a la levadura. D. La levadura producirá 40 mL a 75 °C.
Pensando en voz alta:
- El patrón sube y luego baja: 5 → 20 → 2.
- A es incorrecta: la temperatura más alta dio menos gas.
- C es incorrecta: los valores cambian mucho.
- D extrapola en la dirección equivocada; la tendencia baja a temperaturas altas.
- B encaja: el mejor rendimiento está en el medio, alrededor de 35 °C, el óptimo de las enzimas.
Respuesta: B.
Errores comunes
- "Las plantas hacen fotosíntesis; los animales respiran". Incorrecto: las plantas también hacen respiración celular, todo el tiempo. Correcto: las plantas hacen ambas cosas; los animales solo respiran.
- Confundir reactivos y productos. Incorrecto: "La fotosíntesis libera CO₂". Correcto: la fotosíntesis toma CO₂ y libera O₂.
- "Respiración significa respirar". Respirar mueve el aire hacia dentro y hacia fuera de los pulmones. La respiración celular es la reacción química en las células que usa el oxígeno.
- Grasa = 4 Calorías por gramo. Incorrecto. La grasa tiene unas 9; el carbohidrato y la proteína, unas 4.
- Ignorar el control. Un frasco sin organismos te dice si la luz o las fugas cambian el nivel de gas. Revísalo siempre antes de explicar un resultado.
- Extrapolar una curva. Si los datos terminan en 50 cm o 60 °C, no predigas valores exactos más allá.
Estrategias del GED® para la energía en los seres vivos
- Escribe las dos ecuaciones en palabras en tu pizarra borrable al empezar: CO₂ + agua + luz → glucosa + O₂, y la inversa.
- Pregúntate "¿neto o total?" En los problemas de recipientes sellados, el nivel de gas medido muestra el resultado neto de todo lo que está pasando.
- Encuentra el control (sin planta, sin luz, sin levadura) y compara cada resultado con él.
- Traduce el montaje: distancia de la lámpara = intensidad de la luz; burbujas = oxígeno = velocidad de la fotosíntesis; tamaño del globo = CO₂ = velocidad de la fermentación.
- Revisa las unidades en los datos de alimentos: gramos o Calorías, por hora o por minuto.
- Estima antes de calcular para poder eliminar las respuestas que están muy lejos.
Compruébalo
Light and Photosynthesis in Elodea
During photosynthesis, plants use light energy to turn carbon dioxide and water into glucose (a sugar) and oxygen. Elodea is a plant that lives underwater. When it carries out photosynthesis, small bubbles of gas rise from the cut end of its stem.
A student placed a sprig of Elodea in a test tube of water with a pinch of baking soda, which adds dissolved carbon dioxide. She set a lamp at different distances from the tube. A clear container of water sat between the lamp and the tube to absorb heat, so the water in the tube stayed at 22 °C for every trial. At each distance she waited 5 minutes, then counted bubbles for 1 minute. She repeated each count three times and found the average.
The bubbles released by the Elodea are made mostly of which gas?
Pista
Photosynthesis takes in two things and gives off two things. Which product is a gas?
Solución paso a paso
Evidence: the passage says plants "use light energy to turn carbon dioxide and water into glucose (a sugar) and oxygen."
Step by step:
- Inputs (reactants): carbon dioxide and water. Outputs (products): glucose and oxygen.
- Bubbles are a gas released by the plant, so they must be a product.
- Glucose is a sugar that stays in the plant. The gas product is oxygen.
- Carbon dioxide is taken in, not released, during photosynthesis. That is why the student added baking soda to supply it.
The answer is C. Oxygen.
Tip: many photosynthesis questions hinge on keeping reactants and products straight. Plants take in CO₂ and give off O₂ when they photosynthesize.
Explicación
Evidencia: el pasaje dice que las plantas "usan la energía de la luz para convertir el dióxido de carbono y el agua en glucosa (un azúcar) y oxígeno".
Paso a paso:
- Entradas (reactivos): dióxido de carbono y agua. Salidas (productos): glucosa y oxígeno.
- Las burbujas son un gas que la planta libera, así que deben ser un producto.
- La glucosa es un azúcar que se queda en la planta. El producto gaseoso es el oxígeno.
- Durante la fotosíntesis, el dióxido de carbono entra, no se libera. Por eso la estudiante añadió bicarbonato de sodio: para aportarlo.
La respuesta es C. Oxígeno.
Consejo: muchas preguntas sobre la fotosíntesis dependen de no confundir los reactivos con los productos. Cuando hacen fotosíntesis, las plantas toman CO₂ y liberan O₂.
Ver en español
Texto: La luz y la fotosíntesis en la elodea
Durante la fotosíntesis, las plantas usan la energía de la luz para convertir el dióxido de carbono y el agua en glucosa (un azúcar) y oxígeno. La elodea es una planta que vive bajo el agua. Cuando hace fotosíntesis, salen pequeñas burbujas de gas del extremo cortado de su tallo.
Una estudiante puso una ramita de elodea en un tubo de ensayo con agua y una pizca de bicarbonato de sodio, que añade dióxido de carbono disuelto. Colocó una lámpara a distintas distancias del tubo. Entre la lámpara y el tubo había un recipiente transparente con agua para absorber el calor, así que el agua del tubo se mantuvo a 22 °C en todas las pruebas. En cada distancia esperó 5 minutos y luego contó las burbujas durante 1 minuto. Repitió cada conteo tres veces y calculó el promedio.
Pregunta
¿De qué gas están hechas principalmente las burbujas que libera la elodea?
Opciones
Pista
La fotosíntesis toma dos cosas y libera dos cosas. ¿Cuál de los productos es un gas?
Compruébalo
Light and Photosynthesis in Elodea
During photosynthesis, plants use light energy to turn carbon dioxide and water into glucose (a sugar) and oxygen. Elodea is a plant that lives underwater. When it carries out photosynthesis, small bubbles of gas rise from the cut end of its stem.
A student placed a sprig of Elodea in a test tube of water with a pinch of baking soda, which adds dissolved carbon dioxide. She set a lamp at different distances from the tube. A clear container of water sat between the lamp and the tube to absorb heat, so the water in the tube stayed at 22 °C for every trial. At each distance she waited 5 minutes, then counted bubbles for 1 minute. She repeated each count three times and found the average.
Which conclusion is best supported by the graph?
Pista
Moving a lamp farther away makes the light on the plant dimmer. What happens to the bubble count as distance increases?
Solución paso a paso
Evidence: the graph shows 42 bubbles per minute at 10 cm, falling to 30, 18, 10, and 6 at 20, 30, 40, and 50 cm.
Step by step:
- Distance up → light on the plant dimmer.
- Bubbles (oxygen) are a measure of the photosynthesis rate.
- As distance increased, bubbles decreased at every step. So less light → slower photosynthesis.
- Eliminate A (it reverses the trend), C (the count clearly depends on light), and B (the graph stops at 50 cm, and the count is still 6, not 0; predicting an exact stopping point goes beyond the data).
The answer is D.
Tip: translate the variable on the axis into what it means for the organism (distance → light intensity) before you judge a conclusion.
Explicación
Evidencia: la gráfica muestra 42 burbujas por minuto a 10 cm, que bajan a 30, 18, 10 y 6 a 20, 30, 40 y 50 cm.
Paso a paso:
- Más distancia → menos luz sobre la planta.
- Las burbujas (oxígeno) son una medida de la tasa de fotosíntesis.
- A medida que aumentó la distancia, las burbujas disminuyeron en cada paso. Así que menos luz → fotosíntesis más lenta.
- Elimina A (invierte la tendencia), C (el conteo claramente depende de la luz) y B (la gráfica termina en 50 cm, y el conteo todavía es 6, no 0; predecir un punto exacto en que se detiene va más allá de los datos).
La respuesta es D.
Consejo: antes de juzgar una conclusión, pasa la variable del eje a lo que significa para el organismo (distancia → intensidad de la luz).
Ver en español
Texto: La luz y la fotosíntesis en la elodea
Durante la fotosíntesis, las plantas usan la energía de la luz para convertir el dióxido de carbono y el agua en glucosa (un azúcar) y oxígeno. La elodea es una planta que vive bajo el agua. Cuando hace fotosíntesis, salen pequeñas burbujas de gas del extremo cortado de su tallo.
Una estudiante puso una ramita de elodea en un tubo de ensayo con agua y una pizca de bicarbonato de sodio, que añade dióxido de carbono disuelto. Colocó una lámpara a distintas distancias del tubo. Entre la lámpara y el tubo había un recipiente transparente con agua para absorber el calor, así que el agua del tubo se mantuvo a 22 °C en todas las pruebas. En cada distancia esperó 5 minutos y luego contó las burbujas durante 1 minuto. Repitió cada conteo tres veces y calculó el promedio.
Pregunta
¿Qué conclusión está mejor respaldada por la gráfica?
Opciones
Pista
Alejar una lámpara hace que la luz que recibe la planta sea más débil. ¿Qué pasa con el número de burbujas a medida que aumenta la distancia?
Resumen
- Fotosíntesis (cloroplastos): CO₂ + agua + energía luminosa → glucosa + O₂; la energía de la luz se convierte en energía química.
- Respiración celular (mitocondrias): glucosa + O₂ → CO₂ + agua + ATP; ocurre en plantas y animales todo el tiempo.
- La fermentación libera un poco de energía sin oxígeno: la levadura produce etanol y CO₂; los músculos producen ácido láctico.
- Una planta con luz hace ambos procesos; el más rápido decide si el CO₂ sube o baja.
- Carbohidrato y proteína ≈ 4 Calorías por gramo; grasa ≈ 9. Lo que se consume por encima de lo que se usa se almacena, sobre todo como grasa.
- En el GED®, identifica las variables y los controles, lee las gráficas con cuidado y evita extrapolar.