Ejercicios: La fotosíntesis

Escribe la ecuación química global de la fotosíntesis e identifica los reactivos, los productos y la fuente de energía del proceso.

¿Qué pigmento captura la luz en la fotosíntesis y en qué orgánulo celular se encuentra? Explica por qué las hojas son verdes y qué ocurre con ese color en otoño en las especies caducifolias.

Cita y explica tres razones por las que la fotosíntesis es imprescindible para la vida en la Tierra, pensando en la materia, la energía y la atmósfera.

Distingue la fase lumínica y la fase oscura (ciclo de Calvin) de la fotosíntesis: en qué parte del cloroplasto ocurre cada una, qué sustancias entran y qué se obtiene en cada fase.

Las ecuaciones globales de la fotosíntesis y de la respiración celular parecen simétricas. Razona por qué, a pesar de ello, no son procesos inversos: compara orgánulos, mecanismos y el sentido energético de cada uno.

El esquema muestra el intercambio de materia en una hoja durante la fotosíntesis. a) Indica qué sustancia transporta la flecha marcada con «?» que sale por el nervio y hacia qué partes de la planta viaja. b) Escribe la ecuación global del proceso y relaciona cada flecha con los reactivos o productos. c) Nombra la estructura de la epidermis por la que entra el $\text{CO}_2$.

Un invernadero comercial de tomates en Almería instala iluminación LED suplementaria para aumentar la producción invernal. Al aumentar la irradiancia de $400$ a $800\ \mu\text{mol}\times\text{m}^{-2}\times\text{s}^{-1}$, la tasa de fijación de $\text{CO}_2$ solo se incrementa un $4\,\%$, alcanzando una meseta imprevista.

1. a) Justifica a nivel fisiológico y molecular por qué a partir de cierta intensidad luminosa la tasa fotosintética se satura aunque siga habiendo más fotones disponibles.
2. b) Formula una hipótesis sobre qué factor ambiental alternativo está limitando el proceso en el invernadero y diseña un experimento con variables controladas para contrastarla.
3. c) Predice razonadamente cómo cambiará la curva de saturación lumínica y la tasa fotosintética máxima si se enriquece la atmósfera del invernadero con $\text{CO}_2$ gaseoso.

En un ensayo agronómico en una zona semiárida sometida a una ola de calor ($38\ ^\circ\text{C}$) y sequía estival, se monitorizan tres parcelas colindantes: trigo (C3), sorgo (C4) y chumbera (Opuntia, CAM).

1. a) Se mide la acidez vacuolar (concentración de malato) y la apertura estomática a las 03:00 de la madrugada y a las 14:00 del mediodía. Predice qué cultivo mostrará máxima acidez a las 03:00 y justifica cómo esta adaptación le permite sobrevivir con mínimo gasto hídrico.
2. b) Durante las horas centrales del día, el trigo reduce drásticamente su tasa neta de asimilación de carbono hasta valores cercanos a cero, mientras que el sorgo mantiene una tasa neta positiva muy elevada. Justifica este contraste a nivel enzimático (RuBisCO frente a PEP carboxilasa) en relación con el cierre estomático y la fotorrespiración.
3. c) En un escenario experimental con $\text{CO}_2$ enriquecido artificialmente pero sin déficit hídrico, predice cuál de los dos cultivos (C3 o C4) experimentará un mayor incremento porcentual en su tasa fotosintética y razona el porqué.

Para reforestar una ladera degradada, se planta un plantón con una masa seca inicial de $50\ \text{g}$. Al cabo de dos años, su biomasa seca (constituida principalmente por celulosa, polímero de glucosa) alcanza los $2.5\ \text{kg}$, mientras que el suelo circundante solo ha perdido $15\ \text{g}$ de sales minerales netas.

1. a) Rebate el error común de que la masa de las plantas procede del suelo: justifica el origen de los $2450\ \text{g}$ de materia orgánica ganada y calcula qué masa mínima de $\text{CO}_2$ atmosférico ha debido asimilar la planta para sintetizar esa cantidad de glucosa equivalente ($M_m(\text{glucosa}) = 180\ \text{g/mol}$; $M_m(\text{CO}_2) = 44\ \text{g/mol}$).
2. b) Las mediciones con analizadores de gases indican que la planta fijó en realidad una masa significativamente superior de $\text{CO}_2$ a la calculada en el apartado anterior. Explica biológicamente esta discrepancia a partir del balance entre fotosíntesis bruta, fotosíntesis neta y respiración celular.
3. c) Si se regase el árbol con agua marcada con el isótopo pesado $^{18}\text{O}$ ($\text{H}_2^{18}\text{O}$) y se suministrase $\text{CO}_2$ ordinario, predice justificadamente en cuál de los productos de la fotosíntesis (en la glucosa o en el $\text{O}_2$ emitido) se detectará dicho isótopo, detallando la fase fotosintética implicada.