Ejercicios: La fotosíntesis y la quimiosíntesis

Escribe la ecuación global de la fotosíntesis oxigénica e indica 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?

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

¿Qué es un fotosistema y qué contiene en su centro de reacción? Explica qué le ocurre a la clorofila cuando absorbe la energía de la luz.

Indica 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? Explica por qué las membranas de los tilacoides son el lugar adecuado para la fase luminosa de la fotosíntesis.

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

Casi todo el oxígeno de la atmósfera procede de la fotosíntesis. Explica de qué molécula se libera ese $\text{O}_2$ y razona 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. Identifícalas y explica qué procesos fotosintéticos ocurren en cada una, relacionándolos con las flechas de entrada y salida que aparecen en el esquema.

Explica 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 el ciclo de Calvin se «fija» el $\text{CO}_2$ en el estroma. Explica qué significa fijar el $\text{CO}_2$, qué enzima cataliza esa fijación y de dónde proceden el ATP y el NADPH que consume el ciclo.

Describe el recorrido de un electrón desde una molécula de agua hasta el $\text{NADP}^+$ durante la fase luminosa (fotosistemas II y I y cadena de transporte de electrones), e indica en qué momento se desprende el $\text{O}_2$ y dónde quedan acumulados los protones.

Explica en qué consiste la fotofosforilación y compárala con la fosforilación oxidativa de la mitocondria: fuente inicial de electrones, aceptor final de electrones y formación y uso del gradiente de protones.

El ciclo de Calvin tiene tres fases: fijación del $\text{CO}_2$, reducción y regeneración de la ribulosa-1,5-bisfosfato. Descríbelas brevemente e indica cuántas moléculas de $\text{CO}_2$ deben fijarse para formar una molécula de glucosa.

En las plantas $\text{C}_4$ (maíz, caña de azúcar), el $\text{CO}_2$ se fija primero en un compuesto de cuatro carbonos que después lo libera cerca de la enzima Rubisco. Explica qué problema resuelve este mecanismo (la competencia entre $\text{O}_2$ y $\text{CO}_2$ por la Rubisco, o fotorrespiración) y por qué estas plantas rinden especialmente bien en climas cálidos.

Por cada molécula de $\text{O}_2$ liberada en la fase luminosa se desprenden $4$ electrones del agua. Sabiendo que formar una molécula de glucosa requiere fijar $6$ moléculas de $\text{CO}_2$ y consumir $12$ NADPH, calcula cuántas moléculas de agua deben fotolizarse como mínimo y relaciona ambos cálculos.

Las bacterias nitrificantes obtienen energía oxidando amonio a nitrito, y nitrito a nitrato. Explica qué es la quimiosíntesis y compárala con la fotosíntesis en cuanto a fuente de energía, fuente de carbono y tipo de organismos que la realizan.

En un experimento se mide la producción de $\text{O}_2$ de una planta acuática a intensidades de luz crecientes: la gráfica sube de forma casi lineal al principio y después se estabiliza en una meseta. Explica por qué aparece ese tramo de saturación y qué factores, distintos de la luz, pueden estar limitando la fotosíntesis en la meseta.

Las algas pardas viven a decenas de metros de profundidad, donde solo llega luz azul-verdosa. Explica qué papel desempeñan sus pigmentos accesorios (como la fucoxantina) y por qué las clorofilas por sí solas no serían suficientes para fotosintetizar a esa profundidad.

Un investigador ilumina cloroplastos aislados y añade un herbicida que bloquea el flujo de electrones a la salida del fotosistema II. Predice, razonándolo, qué ocurrirá con la producción de $\text{O}_2$, de ATP y de NADPH, y explica por qué la planta tratada con ese herbicida acaba muriendo aunque reciba luz y $\text{CO}_2$.

Las plantas CAM (cactus, piña) abren los estomas de noche, fijan el $\text{CO}_2$ en ácidos orgánicos que almacenan en la vacuola y lo liberan de día para el ciclo de Calvin. Explica qué ventaja aporta esta estrategia en climas áridos, por qué obliga a estas plantas a crecer despacio y en qué se diferencia su solución de la de las plantas $\text{C}_4$ (separación temporal frente a separación espacial).

El experimento de Hill demostró que cloroplastos aislados, en ausencia de $\text{CO}_2$, pueden liberar $\text{O}_2$ si reciben luz y un aceptor de electrones artificial. Explica qué demostró este experimento sobre el origen del oxígeno fotosintético y sobre el grado de independencia entre las dos fases de la fotosíntesis.

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

Las cianobacterias realizan fotosíntesis oxigénica y, según la teoría endosimbiótica, fueron el origen de los cloroplastos. Expón las pruebas que apoyan este origen (doble membrana, ADN propio, ribosomas de tipo bacteriano, división por bipartición) y explica por qué se afirma que las cianobacterias transformaron la atmósfera primitiva de la Tierra.