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.

Nombra los principales pigmentos fotosintéticos (clorofilas a y b, carotenoides) y explica qué es el espectro de absorción: qué colores de la luz aprovechan y cuál reflejan, relacionándolo con el color que vemos.

Explica dónde ocurre la fotosíntesis dentro del cloroplasto: qué son los tilacoides y los grana y qué es el estroma, indicando qué fase del proceso ocurre en cada compartimento.

¿De qué molécula procede el oxígeno que libera la fotosíntesis: del $\text{CO}_2$ o del agua? Explica cómo se comprobó usando isótopos marcados ($\text{O-18}$) y por qué el resultado fue decisivo.

Explica qué es la fotólisis del agua y qué tres productos genera (electrones, protones y oxígeno), indicando para qué usa la planta los dos primeros.

Cita tres factores ambientales que influyen en la tasa fotosintética (intensidad de luz, concentración de $\text{CO}_2$ y temperatura) y explica brevemente cómo actúa cada uno cuando escasea o cuando es excesivo.

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 $\text{CO}_2$.

¿Qué es el punto de compensación de la luz? Explica qué ocurre cuando la fotosíntesis iguala a la respiración, qué le pasa a una planta que vive semanas por debajo de ese punto (¿de dónde saca la energía?) y por qué las plantas de sotobosque tienen puntos de compensación más bajos que las de pleno sol.

Diseña un experimento con una planta acuática (Elodea) para medir cómo varía la fotosíntesis con la distancia a una lámpara: hipótesis, variable independiente, cómo se mide el ritmo (burbujas de $\text{O}_2$ por minuto), dos controles necesarios y una limitación del método.

Los invernaderos enriquecen el aire con $\text{CO}_2$ para aumentar la cosecha. Explica por qué funciona recurriendo a la ley del mínimo (factor limitante), qué aumento de producción puede lograrse y qué otros factores pasan a ser limitantes una vez corregido el $\text{CO}_2$.

Una hoja variegada tiene zonas blancas sin clorofila. Tras unas horas de luz, se decolora y se tiñe con lugol. Predice qué zonas se teñirán de azul-negro, explica qué demuestra el resultado (¿qué detecta el lugol?) y por qué hay que eliminar antes la clorofila de la hoja.

La concentración de $\text{CO}_2$ atmosférico sube cada año, pero con una oscilación estacional (los «dientes de sierra» de la curva de Keeling). Explica qué causa esa oscilación anual, por qué refleja sobre todo la fotosíntesis del hemisferio norte y qué dice sobre la escala de la actividad de la biosfera.

En una gráfica de la tasa fotosintética frente a la intensidad de luz, la curva sube al principio y luego se estabiliza aunque la luz siga aumentando. Interpreta la gráfica: qué ocurre en cada tramo, qué otros factores pueden convertirse en limitantes en la meseta y cómo se comprobaría experimentalmente.

Las plantas C4 (maíz, caña de azúcar) y las CAM (cactus, piña) tienen variantes de la fotosíntesis. Explica en qué consiste cada estrategia y qué ventaja aportan frente a las plantas C3 en climas cálidos y secos, relacionándolo con la fotorrespiración y el cierre de estomas.

La ecuación global de la fotosíntesis indica que por cada $180\ \text{g}$ de glucosa formados se fijan $264\ \text{g}$ de $\text{CO}_2$ ($6 \cdot 44\ \text{g}$). Una planta sintetiza $90\ \text{g}$ de glucosa. Calcula, usando esa relación en masa, cuántos gramos de $\text{CO}_2$ ha fijado de la atmósfera, y comprueba el resultado escribiendo la ecuación ajustada con las masas de cada sustancia.

La curva de Keeling registra el $\text{CO}_2$ atmosférico desde 1958. a) Interpreta su tendencia de fondo y su oscilación anual. b) Razona por qué la oscilación es más marcada en el hemisferio norte (¿dónde hay más superficie forestal?). c) Analiza qué evidencia aporta la curva sobre el equilibrio entre la fotosíntesis global y las emisiones humanas: ¿puede la biosfera «limpiar» lo que emitimos?

El experimento de Engelmann (1882) iluminó un alga filamentosa con un miniespectro y observó dónde se acumulaban las bacterias aeróbicas. a) Explica el montaje y qué medían en realidad las bacterias (¿dónde había más oxígeno?). b) Razona qué colores resultaron más eficaces para la fotosíntesis y cómo anticipó el espectro de acción. c) Valora por qué fue un experimento elegante sin necesidad de instrumentos de medida de gases.

La enzima RuBisCO puede fijar $\text{O}_2$ en lugar de $\text{CO}_2$: es la fotorrespiración. a) Explica en qué consiste ese «error» y por qué cuesta carbono y energía a la planta. b) Razona qué condiciones lo favorecen (calor intenso, estomas cerrados, escasez de $\text{CO}_2$ en la hoja). c) Explica cómo las plantas C4 lo evitan concentrando $\text{CO}_2$ y qué precio pagan (más ATP por azúcar).

Una hectárea de bosque joven fija unas $6\ \text{t}$ de carbono al año, y un coche medio emite unas $2\ \text{t}$ de $\text{CO}_2$ al año, de las que el carbono es solo la fracción $12/44$ (unas $0{,}55\ \text{t}$). a) Calcula cuántos coches «compensa» esa hectárea. b) Analiza los límites de usar plantaciones como compensación (permanencia, incendios, tiempo hasta que el bosque fija al máximo ritmo). c) Concluye qué debe ser prioritario: compensar o no emitir.

El fitoplancton realiza cerca de la mitad de la fotosíntesis del planeta con una biomasa muy inferior a la de todos los bosques. a) Razona cómo es posible (renovación rapidísima: la biomasa se recicla en días, no en siglos). b) Explica qué amenaza supone para esa productividad la estratificación del océano por el calentamiento (¿qué ocurre con los nutrientes de profundidad?). c) Analiza las consecuencias encadenadas para la pesca y para el ciclo del carbono.