Ejercicios: La fotosíntesis y la quimiosíntesis

Escribí la ecuación global de la fotosíntesis oxigénica e indicá qué molécula se oxida y cuál se reduce en el proceso.

¿Qué pigmento principal capta la luz en las plantas verdes y en qué estructura de la célula se encuentra? ¿Qué colores (longitudes de onda) de la luz absorbe preferentemente y cuál refleja?

Nombrá las dos grandes fases de la fotosíntesis, indicá en qué parte del cloroplasto ocurre cada una y qué se produce en cada fase.

Indicá qué dos productos de la fase luminosa utiliza el ciclo de Calvin y para qué los emplea en la síntesis de glúcidos.

¿Qué son los tilacoides y qué son los granos? Explicá por qué las membranas de los tilacoides son el lugar adecuado para la fase luminosa de la fotosíntesis.

Nombrá tres factores ambientales que influyan en la velocidad de la fotosíntesis y explicá brevemente cómo actúa uno de ellos.

Casi todo el oxígeno de la atmósfera procede de la fotosíntesis. Explicá de qué molécula se libera ese $\text{O}_2$ y razoná por qué la aparición de la fotosíntesis oxigénica fue un hito en la historia de la Tierra.

En el esquema de un cloroplasto se señalan dos estructuras con los números 1 y 2. Identificalas y explicá qué procesos fotosintéticos ocurren en cada una, relacionándolos con las flechas de entrada y salida que aparecen en el esquema.

Explicá qué es la fotólisis del agua, en qué fase y lugar del cloroplasto ocurre, y cuál es el destino de los electrones, de los protones y del oxígeno que se generan.

En un laboratorio se aíslan dos cultivos de microorganismos autótrofos desconocidos (A y B) capaces de fijar $^{14}\text{CO}_2$ en medio mineral. Al someterlos a distintas condiciones experimentales, se obtienen los siguientes datos:

• En oscuridad absoluta y en presencia de $\text{NH}_4^+$ y $\text{O}_2$, solo el cultivo A prolifera e incorpora $^{14}\text{C}$ a su biomasa orgánica.

• En presencia de luz y en ausencia de donantes inorgánicos reducidos (salvo $\text{H}_2\text{O}$), prolifera el cultivo B, pero el cultivo A no muestra crecimiento.

• Si se elimina el $\text{O}_2$ del medio en oscuridad, el cultivo A detiene totalmente la fijación de $^{14}\text{CO}_2$, a pesar de disponer de abundante $\text{NH}_4^+$.

1. a) Deducí el tipo de metabolismo autótrofo de cada cultivo (quimiosíntesis o fotosíntesis), identificando en cada caso la fuente primaria de energía, la fuente de carbono y el donante de electrones.
2. b) Justificá por qué el cultivo A es estrictamente dependiente de $\text{O}_2$ para sintetizar materia orgánica a partir de $\text{CO}_2$, explicando el papel de la cadena de transporte electrónico en este proceso.
3. c) Compará la fotosíntesis oxigénica y la quimiosíntesis nitrificante respecto al tipo de células y taxones biológicos que las llevan a cabo.

En los invernaderos se enriquece el aire con $\text{CO}_2$ y se suplementa con luz artificial. a) Razoná, a partir del concepto de factor limitante, por qué estas medidas solo aumentan la cosecha hasta cierto punto. b) Indicá qué factor podría pasar a ser limitante después de aplicarlas. c) Explicá por qué elevar demasiado la temperatura puede reducir la producción aunque haya luz y $\text{CO}_2$ abundantes.

Se analiza en el laboratorio una especie de ameba fotosintética que posee orgánulos fotosintéticos denominados cromatóforos. Los ensayos experimentales revelan lo siguiente:

1. El cloranfenicol (un antibiótico que bloquea la traducción en ribosomas 70S bacterianos) detiene la síntesis proteica dentro del cromatóforo, mientras que la cicloheximida (que bloquea ribosomas 80S eucariotas) solo inhibe la traducción en el citoplasma de la ameba.

2. La secuenciación del ADN del cromatóforo demuestra que es circular y filogenéticamente mucho más afín a las cianobacterias actuales que al núcleo de la propia ameba.

1. a) Interpretá estos resultados a la luz de la teoría endosimbiótica y deducí qué ventajas selectivas mutuas permitieron consolidar esta asociación en la evolución de los primeros eucariotas fotosintéticos.
2. b) Un estudiante afirma que la aparición de las primeras cianobacterias con fotosíntesis oxigénica provocó la oxigenación inmediata y masiva de la atmósfera primitiva. Rebatí su afirmación explicando qué proceso geoquímico ocurrió en la hidrosfera antes de que el $\text{O}_2$ pudiera acumularse libre en la atmósfera y qué consecuencia biológica tuvo esta crisis de oxígeno para los organismos anaerobios preexistentes.