La fotosíntesi

Escriu l'equació química global de la fotosíntesi i identifica els reactius, els productes i la font d'energia del procés.

Quin pigment captura la llum en la fotosíntesi i en quin orgànul cel·lular es troba? Explica per què les fulles són verdes i què passa amb aquest color a la tardor en les espècies caducifòlies.

Anomena els principals pigments fotosintètics (clorofil·les a i b, carotenoides) i explica què és l'espectre d'absorció: quins colors de la llum aprofiten i quin reflecteixen, relacionant-ho amb el color que veiem.

Explica on té lloc la fotosíntesi dins del cloroplast: què són els tilacoides i els grana i què és l'estroma, indicant quina fase del procés té lloc a cada compartiment.

Distingeix la fase lumínica i la fase fosca (cicle de Calvin) de la fotosíntesi: en quina part del cloroplast té lloc cadascuna, quines substàncies hi entren i què s'obté en cada fase.

De quina molècula procedeix l'oxigen que allibera la fotosíntesi: del $\text{CO}_2$ o de l'aigua? Explica com es va comprovar utilitzant isòtops marcats ($\text{O-18}$) i per què el resultat va ser decisiu.

Explica què és la fotòlisi de l'aigua i quins tres productes genera (electrons, protons i oxigen), indicant per a què utilitza la planta els dos primers.

El 1882, T. W. Engelmann va il·luminar un filament de l'alga verda Spirogyra amb un espectre de llum visible obtingut amb un prisma, utilitzant bacteris mòbils aerotàctics per mapar la producció d'oxigen.

1. a) Identifica la variable independent, la variable dependent i el biosensor en aquest disseny experimental, justificant el fonament biològic del desplaçament bacterià.
2. b) Prediu al llarg de quines longituds d'ona de l'espectre ($400\text{--}700\ \text{nm}$) es van observar els agregats bacterians més densos i justifica per què aquesta distribució es correlaciona sobretot amb l'espectre d'absorció de les clorofil·les i no es pot explicar només amb el dels carotenoides accessoris.
3. c) Imagina que es repeteix l'experiment substituint Spirogyra per un cianobacteri bentònic profund dotat de ficobilines (pigments amb absorció òptima entre $500$ i $600\ \text{nm}$). Prediu com canviaria el patró d'agregació bacteriana i dedueix l'avantatge ecològic d'aquests pigments en hàbitats aquàtics.

Les equacions globals de la fotosíntesi i de la respiració cel·lular semblen simètriques. Raona per què, malgrat això, no són processos inversos: compara orgànuls, mecanismes i el sentit energètic de cadascun.

L'esquema mostra l'intercanvi de matèria en una fulla durant la fotosíntesi. a) Indica quina substància transporta la fletxa marcada amb «?» que surt pel nervi i cap a quines parts de la planta viatja. b) Escriu l'equació global del procés i relaciona cada fletxa amb els reactius o productes. c) Anomena l'estructura de l'epidermis per la qual entra el $\text{CO}_2$.

Per reforestar un vessant degradat, es planta un plançó amb una massa seca inicial de $50\ \text{g}$. Al cap de dos anys, la seva biomassa seca (constituïda principalment per cel·lulosa, polímer de glucosa) arriba als $2{,}5\ \text{kg}$, mentre que el sòl circumdant només ha perdut $15\ \text{g}$ de sals minerals netes.

1. a) Rebat l'error comú que la massa de les plantes procedeix del sòl: justifica l'origen dels $2450\ \text{g}$ de matèria orgànica guanyada i calcula quina massa mínima de $\text{CO}_2$ atmosfèric ha hagut d'assimilar la planta per sintetitzar aquesta quantitat de glucosa equivalent ($M_m(\text{glucosa}) = 180\ \text{g/mol}$; $M_m(\text{CO}_2) = 44\ \text{g/mol}$).
2. b) Les mesures amb analitzadors de gasos indiquen que la planta va fixar en realitat una massa significativament superior de $\text{CO}_2$ a la calculada a l'apartat anterior. Explica biològicament aquesta discrepància a partir del balanç entre fotosíntesi bruta, fotosíntesi neta i respiració cel·lular.
3. c) Si es regués l'arbre amb aigua marcada amb l'isòtop pesant $^{18}\text{O}$ ($\text{H}_2^{18}\text{O}$) i se subministrés $\text{CO}_2$ ordinari, prediu justificadament en quin dels productes de la fotosíntesi (en la glucosa o en l'$\text{O}_2$ emès) es detectarà aquest isòtop, detallant la fase fotosintètica implicada.

Els hivernacles enriqueixen l'aire amb $\text{CO}_2$ per augmentar la collita. Explica per què funciona recorrent a la llei del mínim (factor limitant), si l'augment de producció que es pot aconseguir és il·limitat i quins altres factors passen a ser limitants un cop corregit el $\text{CO}_2$.

Un hivernacle comercial de tomàquets a Almeria instal·la il·luminació LED suplementària per augmentar la producció hivernal. En augmentar la irradiància de $400$ a $800\ \mu\text{mol}\cdot\text{m}^{-2}\cdot\text{s}^{-1}$, la taxa de fixació de $\text{CO}_2$ només s'incrementa un $4\,\%$, assolint un altiplà imprevist.

1. a) Justifica a escala fisiològica i molecular per què a partir de certa intensitat lluminosa la taxa fotosintètica es satura encara que continuï havent-hi més fotons disponibles.
2. b) Formula una hipòtesi sobre quin factor ambiental alternatiu està limitant el procés a l'hivernacle i dissenya un experiment amb variables controlades per contrastar-la.
3. c) Prediu raonadament com canviarà la corba de saturació lumínica i la taxa fotosintètica màxima si s'enriqueix l'atmosfera de l'hivernacle amb $\text{CO}_2$ gasós.

En un assaig agronòmic en una zona semiàrida sotmesa a una onada de calor ($38\ ^\circ\text{C}$) i sequera estival, es monitoritzen tres parcel·les confrontants: blat (C3), sorgo (C4) i figuera de moro (Opuntia, CAM).

1. a) Es mesura l'acidesa vacuolar (concentració de malat) i l'obertura estomàtica a les 03:00 de la matinada i a les 14:00 del migdia. Prediu quin conreu mostrarà màxima acidesa a les 03:00 i justifica com aquesta adaptació li permet sobreviure amb una despesa hídrica mínima.
2. b) Durant les hores centrals del dia, el blat redueix dràsticament la seva taxa neta d'assimilació de carboni fins a valors propers a zero, mentre que el sorgo manté una taxa neta positiva molt elevada. Justifica aquest contrast a escala enzimàtica (RuBisCO enfront de PEP carboxilasa) en relació amb el tancament estomàtic i la fotorespiració.
3. c) En un escenari experimental amb $\text{CO}_2$ enriquit artificialment però sense dèficit hídric, prediu quin dels dos conreus (C3 o C4) experimentarà un increment percentual més gran en la seva taxa fotosintètica i raona el perquè.