Guía Fotosíntesis Incorporación de materia y energía al

Programa
Estándar Anual
Ejercicios PSU
1.
2.
Entre las consecuencias directas de la destrucción de las granas del cloroplasto se encuentra(n)
que
I)
II)
III)
no se realiza la fotólisis del agua.
solo se obtiene glucosa como producto final.
aumenta la cantidad de O2 ambiental.
A)
B)
C)
Solo I
Solo II
Solo III
D)
E)
Solo I y II
Solo I y III
Los productos de la fase luminosa de la fotosíntesis son
A)
B)
C)
3.
Ciencias Básicas
Biología
Nº__
Guía práctica
Fotosíntesis. Incorporación de materia y energía al
ecosistema
ATP y NADPH
ATP, NADPH y CO2
NADPH, CO2 y O2
D)
E)
NADPH, ATP y O2
ATP y O2
Durante la fotosíntesis, se utiliza CO2 para sintetizar compuestos orgánicos. Este proceso solo
ocurre
I)
II)
III)
si la planta ha estado recientemente en presencia de luz.
si la planta ha estado recientemente en ausencia de luz.
en las membranas internas de los cloroplastos.
GUICES027CB31-A16V1
Es (son) correcta(s)
A)
B)
C)
solo I.
solo II.
solo III.
D)
E)
solo I y III.
I, II y III.
Cpech
1
Ciencias Básicas Biología
4.
5.
Al marcarse radiactivamente las moléculas de CO2 que son captadas por una planta, ¿en qué
elemento(s) y/o estructura(s) es posible detectarlo?
I)
II)
III)
Proteínas
Glucosa
Pared celular
A)
B)
C)
Solo I
Solo II
Solo III
D)
E)
Solo I y II
I, II y III
El agua con que se riega una planta tiene el isótopo pesado de oxígeno (18O). Al cabo de un
tiempo, al analizar los productos de la reacción fotosintética, podría verificarse que el 18O se
encontrará en el
I)
II)
III)
CO2 liberado al medio.
aire del ambiente.
almidón formado.
Es (son) correcta(s)
A)
B)
C)
6.
solo II y III.
I, II y III.
proviene del rompimiento del CO2.
proviene de las moléculas de C6H12O6.
es utilizado en la fabricación de moléculas orgánicas.
resulta de la fotólisis del agua.
es utilizado en la fase oscura de la fotosíntesis.
¿Cuál de los siguientes elementos necesita la planta para que se lleve a cabo la fase dependiente
de la luz?
A)
B)
C)
2
D)
E)
En relación al oxígeno liberado durante la fotosíntesis, es correcto afirmar que
A)
B)
C)
D)
E)
7.
solo I.
solo II.
solo III.
Cpech
CO2
Agua
Azúcar
D)
E)
ATP
NADPH
GUÍA PRÁCTICA
El siguiente gráfico muestra la variación de la captación de CO2 y de la transpiración en plantas
de tuna (Opuntia ficus-indica) a lo largo del día:
Ingreso neto de CO2
( mol/m2/s)
8.
30
25
15
10
5
0
-5
Transpiración
( mol/m2/s)
A
20
1200
1000
Noche
B
800
600
400
200
0
12 15
18
21
0
3
6
9
12
Hora del día
Al respecto, se puede inferir que estas plantas
probablemente, liberan oxígeno entre las 9 y las 15 hrs.
crecen en ambientes con elevadas temperaturas nocturnas.
tienen sus estomas abiertos, principalmente, durante la noche y el amanecer.
A)
B)
C)
Solo I
Solo II
Solo III
D)
E)
Solo I y III
I, II y III
Existen diversos factores que influyen en la actividad fotosintética. Al respecto, el siguiente gráfico
representa la relación entre la tasa fotosintética, la intensidad luminosa y la temperatura:
Alta intensidad
lumínica
Tasa fotosintética
9.
I)
II)
III)
Baja intensidad
lumínica
–
Temperatura
+
Con respecto al gráfico, es correcto afirmar que
A)
B)
C)
D)
E)
la tasa fotosintética representa una variable independiente.
la intensidad lumínica representa una variable dependiente.
a intensidad lumínica baja y mayor temperatura, la tasa fotosintética es mínima.
con alta intensidad lumínica la tasa fotosintética crece constantemente.
la temperatura y la tasa fotosintética son inversamente proporcionales.
Cpech
3
Ciencias Básicas Biología
10.
Si la fotosíntesis se detiene a nivel planetario, entonces
I)
II)
III)
la atmósfera quedaría sin oxígeno, en el caso de que la respiración de los seres vivos
prosiguiera a la tasa actual.
la energía del Sol no se transformaría en energía disponible para formar nueva materia
orgánica.
la respiración celular reemplazaría a este proceso en la función de intercambio de energía.
Es (son) correcta(s)
A)
B)
C)
11.
solo I y II.
solo II y III.
Oxígeno
Nitrógeno
Glucosa
D)
E)
Agua
Sales minerales
Los fotosistemas tienen la misión de
A)
B)
C)
D)
E)
4
D)
E)
Si se sitúa un grupo de plantas verdes dentro de un ambiente rico en CO2 con carbono radiactivo,
¿en qué moléculas del cuerpo vegetal se esperaría encontrar la marca radiactiva?
A)
B)
C)
12.
solo I.
solo II.
solo III.
Cpech
transportar electrones desde el fotosistema I al II.
generar sustancias de gran poder reductor como el NADPH.
capturar la energía solar para lograr concentrarla en la clorofila.
conectar los tilacoides dentro de un cloroplasto.
producir ATP a partir de la excitación por la luz solar.
GUÍA PRÁCTICA
13.
A continuación se presenta un esquema que resume el ciclo de la energía en un ecosistema
terrestre:
1
PLANTAS VERDES
4
+
H 2O
Glucosa
+
3
2
ENERGÍA PARA EL
TRABAJO CELULAR
TEJIDOS ANIMALES
Y VEGETALES
Los números 1, 2, 3 y 4 representan, respectivamente,
1
2
3
4
A)
Fotosíntesis
Respiración
CO2
O2
B)
Respiración
Fotosíntesis
CO2
O2
C)
Fotosíntesis
Respiración
O2
CO2
D)
Respiración
Fotosíntesis
O2
CO2
E)
Fotosíntesis
Respiración
ATP
CO2
Cpech
5
Ciencias Básicas Biología
14.
¿Cuál(es) de los siguientes eventos se realiza(n) en la etapa dependiente de la luz?
I)
II)
III)
Fijación del CO2
Fotólisis del agua
Formación de ATP
A)
B)
C)
Solo I
Solo II
Solo III
15.
D)
E)
Solo I y II
Solo II y III
El siguiente gráfico muestra la variación de la tasa fotosintética de plantas terrestres, con respecto
a distintas concentraciones de CO2 en el aire.
Tasa fotosintética
100%
50%
Nivel de
CO2 en el
ambiente
0
50
350
Rango de
saturación en
la mayoría de
las plantas
500
1000
2000
Concentración ce CO2 (ppm)
Al respecto, es correcto inferir que
I)
II)
III)
a los niveles de CO2 que hay en el ambiente, solo la concentración de este gas limita la tasa
fotosintética.
en distintas especies de plantas, las enzimas fotosintéticas se saturan a distintos niveles de
CO2.
sobre 1000 ppm de CO2, el nivel de este gas en la atmósfera limita la tasa fotosintética.
Es (son) correcta(s)
A)
B)
C)
D)
E)
6
Cpech
solo I.
solo II.
solo I y II.
solo I y III.
I, II y III.
GUÍA PRÁCTICA
16.
En el esquema se representa la relación que existe entre la fotosíntesis y la respiración celular
dentro de una célula vegetal:
Energía solar
Cloroplastos
(sitios de fotosíntesis)
CO2 + H2O
Glucosa + O2
Mitocondrias
(sitios de respiración celular)
ATP
(para trabajo celular)
Energía calórica
En relación con el esquema, es correcto afirmar que
I)
II)
III)
en la respiración celular los reactantes son los productos de la fotosíntesis.
la fotosíntesis elabora moléculas orgánicas y la respiración libera su energía.
la fotosíntesis requiere energía que es aportada por la respiración celular.
A)
B)
C)
D)
E)
Solo I
Solo II
Solo I y II
Solo II y III
I, II y III
Cpech
7
Ciencias Básicas Biología
El gráfico representa el efecto de la temperatura sobre la actividad fotosintética de una planta.
Actividad fotosintética
17.
Temperatura
A partir del gráfico, es correcto inferir que
18.
I)
II)
III)
el aumento de la temperatura tiene directa relación con la intensidad lumínica.
existe un valor de temperatura óptimo en donde la actividad fotosintética es máxima.
un aumento excesivo en la temperatura podría afectar a las enzimas que participan en la
fotosíntesis.
A)
B)
C)
Solo I
Solo II
Solo III
Solo I y II
Solo II y III
Respecto a la importancia biológica de la fotosíntesis, NO es correcto afirmar que
A)
B)
C)
D)
E)
8
D)
E)
Cpech
reduce gases presentes en la atmósfera que son tóxicos para los seres vivos.
transforma la energía lumínica en energía química necesaria para los seres vivos.
fue causante del cambio producido en la atmósfera, de reductora a oxidativa.
permite el equilibrio necesario entre seres autótrofos y heterótrofos.
libera oxígeno que será utilizado en la respiración celular.
GUÍA PRÁCTICA
En el gráfico se muestra el efecto del tiempo de iluminación y la concentración de oxígeno sobre
la actividad fotosintética de una planta:
Medio con un 1% O2
Actividad fotosintética
19.
Medio con un 30% O2
Tiempo de iluminación diaria (h)
Con respecto al gráfico, es correcto afirmar que
20.
I)
II)
III)
si el medio presenta una alta concentración de oxígeno, la actividad fotosintética es menor.
si la planta pasa más tiempo expuesta a la luz, su actividad fotosintética aumenta.
el rendimiento fotosintético depende de las horas de luz y de la concentración de oxígeno.
A)
B)
C)
Solo I
Solo II
Solo III
Solo I y II
I, II y III
Con respecto a los pigmentos fotosintéticos, es correcto afirmar que
A)
B)
C)
D)
E)
21.
D)
E)
existen solo dos tipos de pigmentos: los carotenoides y la clorofila.
tienen la capacidad solamente de reflejar la energía de la luz solar.
pueden absorber energía en cuaquier región del espectro electromagnético.
en células vegetales están agrupados en el citoplasma.
su color está dado por las longitudes de onda que no absorben.
La incidencia de luz sobre la clorofila provoca que esta
A)
B)
C)
se hidrolice.
libere electrones.
libere oxígeno.
D)
E)
capte electrones.
capte dióxido de carbono.
Cpech
9
Ciencias Básicas Biología
22.
Con respecto a las estructuras del cloroplasto, ¿cuál de las siguientes relaciones es correcta?
A)
B)
C)
D)
E)
23.
24.
En relación con la molécula de NADPH, es correcto afirmar que
I)
II)
III)
se produce en el estroma, durante la etapa dependiente de la luz.
se utiliza para la fijación del carbono, al igual que el ATP.
en la etapa independiente de la luz se oxida, quedando como NADP+.
A)
B)
C)
Solo I
Solo II
Solo III
D)
E)
Solo I y II
Solo II y III
La luz solar produce la excitación de electrones en los fotosistemas I y II, que ingresan a una
cadena de transporte de electrones, dando inicio a la fase clara de la fotosíntesis. Al respecto,
¿cuál de las siguientes alternativas relaciona correctamente las fuentes de reemplazo de los
electrones excitados por la luz solar en cada fotosistema?
A)
B)
C)
D)
E)
10
En la membrana externa ocurre la fotólisis del agua.
En la membrana interna ocurre la fijación de carbono.
En los tilacoides se encuentran los fotosistemas.
En el espacio intermembrana ocurre el ciclo de Calvin.
La fase dependiente de la luz se realiza en el estroma.
Cpech
Fotosistema I
Agua
NADPH
NADP+
Fotosistema II
Fotosistema II
Fotosistema II
Fotosistema I
Fotosistema I
Agua
Agua
NADPH
GUÍA PRÁCTICA
25.
Melvin Calvin y sus colaboradores identificaron gran parte de las reacciones implicadas en la
asimilación fotoquímica del carbono que realizan los organismos fotosintéticos. Calvin tenía
un gran interés por el estudio del comportamiento de las moléculas orgánicas y también por la
utilización del carbono-14 como isótopo radiactivo, método ideado por él.
Este científico y su equipo utilizaron un alga verde unicelular, llamada Chlorella pyrenoidosa,
a la cual se le permitió absorber CO2 enriquecido en carbono radiactivo (carbono-14), para
luego medir los compuestos radiactivos presentes en diversas etapas del crecimiento de esta
alga, separándolos por cromatografía sobre papel e identificando con una autoradiografía cada
compuesto. De esta forma, identificó gran parte de las reacciones implicadas en la reducción del
carbono del CO2 durante la fotosíntesis.
¿Cuál de las siguientes etapas del método científico se hace explícita en el párrafo anterior?
A)
B)
C)
D)
E)
Hipótesis.
Observación.
Experimentación.
Análisis de conclusiones.
Pregunta de investigación.
Cpech
11
Ciencias Básicas Biología
Tabla de corrección
Ítem
12
Cpech
Alternativa
Habilidad
1
Comprensión
2
Reconocimiento
3
Comprensión
4
Aplicación
5
Aplicación
6
Reconocimiento
7
Reconocimiento
8
ASE
9
Comprensión
10
Aplicación
11
Aplicación
12
Reconocimiento
13
Comprensión
14
Reconocimiento
15
ASE
16
ASE
17
ASE
18
Reconocimiento
19
ASE
20
Reconocimiento
21
Comprensión
22
Comprensión
23
Comprensión
24
Comprensión
25
Comprensión
GUÍA PRÁCTICA
Resumen de contenidos
1. Naturaleza de la luz
La luz tiene características de partícula y de onda. Las ondas luminosas, llamadas electromagnéticas,
se pueden propagar a través del vacío o en otros medios. Se propagan en línea recta y en todas las
direcciones.
Si un rayo de luz blanca atraviesa un prisma, se descompone en distintos colores, cada uno
correspondiente a un rango de longitudes de onda. La longitud de onda ( ) se define como la distancia
entre dos crestas o dos valles de una onda.
Longitud de onda
1
en nm
400
10
500
102
Rojo
Violeta
Azul
Azul-verdoso
Verde
Amarillo-verdoso
Amarillo
Anaranjado
300
600
103
Longitudes de onda larga
Longitudes de onda corta
La luz visible para el ojo humano está conformada por el rango de radiación con longitudes de
onda entre 400 y 700 nanómetros, aproximadamente. Esta es una región muy angosta del espectro
electromagnético.
700
104
800
105
106
Luz visible
Rayos X
UV
(Ultravioleta)
IF
(infrarrojo)
Figura 1. Espectro electromagnético
La luz visible solo representa una pequeña porción del espectro electromagnético. La distribución de
colores en el espectro está determinada por la longitud de onda de cada uno de ellos; así, a mayor
longitud de onda el color es más tendiente al rojo y menor es la energía transportada por la onda,
en tanto que a menor longitud de onda el color es más tendiente al violeta y mayor es la energía
transportada por la onda.
Se hace referencia a la naturaleza particulada de la luz cuando se dice que está constituida por cuantos
o fotones, es decir, paquetes discretos de energía. Las moléculas solo pueden absorber de a un fotón
a la vez, y ese fotón causa la excitación de un solo electrón. Cada uno de esos electrones se aleja de
su estado basal, respecto al núcleo, una distancia equivalente a la energía del fotón absorbido.
Cpech
13
Ciencias Básicas Biología
2. Fotosíntesis
La fotosíntesis es un proceso por el cual organismos autótrofos transforman la materia inorgánica en
orgánica, utilizando para ello energía lumínica, CO2, agua y liberando O2.
La ecuación general de este proceso es:
6 CO2 + 6 H2O + energía lumínica
C6H12O6 + 6 O2
2.1 Cloroplasto
Son los organelos en donde se realiza la fotosíntesis. Se encuentran en plantas superiores y en
algas pluricelulares y unicelulares.
Grana
Doble
membrana
Sistema
interno de
membrana
Estroma
Tilacoide
Estructura:
• Doble membrana: membrana externa
muy permeable y membrana interna
poco permeable, separadas por un
espacio intermembrana.
• Estroma: espacio interior que
presenta enzimas, ribosomas y ADN
circular.
• Tilacoide: son sacos aplanados
interconectados.
Contienen
los
pigmentos fotosintéticos.
• Grana: agrupación de tilacoides.
Figura 2. Cloroplasto
2.2 Fotosistemas
Son las unidades estructurales de la membrana de los tilacoides, formados por proteínas y pigmentos,
en los que se produce la captación de la energía solar y la liberación de electrones de alta energía
para optimizar la captación de luz. Hay dos tipos de fotosistemas, fotosistema I y fotosistema II.
2.3 Pigmentos
Moléculas que absorben la luz en una cierta longitud de onda. El color de un pigmento es el
resultado de la longitud de onda reflejada (no absorbida). El principal pigmento en plantas y algas
es la clorofila. En la actualidad, se pueden distinguir, por lo menos, ocho tipos de clorofilas.
Otros pigmentos son las ficocianinas (pigmento en cianobacterias), ficoeritrinas (pigmento rojo en
cianobacterias y algas rojas), caroteno (color rojizo y anaranjado) y xantofilas (color amarillo y café
en vegetales).
2.4 Fases
La fotosíntesis se divide en dos etapas o fases: la fase dependiente de la luz (fase clara) y la fase
independiente de la luz (fase oscura).
14
Cpech
GUÍA PRÁCTICA
Fase dependiente de la luz
Fase independiente de la luz
Lugar donde se realiza
Membrana de los tilacoides.
Estroma del cloroplasto.
Elementos requeridos
(reactantes)
Agua, luz solar, fotosistemas I
y II y coenzima NADP+.
ATP, CO2
reductor).
Productos
O2, ATP y NADPH (poder
reductor).
Glucosa
y
orgánicas.
Característica principal
Fotoquímica.
Biosintética.
y
NADPH
otras
(poder
moléculas
2.4.1 Fase dependiente de la luz (fase clara)
NADP+
Fotón
Fotón
H
II
PS
Cit
I
2H2O
O2+ 4H
Fotólisis del agua
ATP
ADP + P
ATP
sintasa
b/f
H+
+
+
fd
Pq
Membrana
tilacoidal PS
H+
NADPH
H
+
H+
H+
Transporte de electrones
Figura 3. Fase clara
1. La energía luminosa excita electrones de la molécula de clorofila (fotosistema II y fotosistema I).
2. La molécula de agua se rompe y libera O2, electrones y protones (H+).
3. Los electrones desprendidos de la clorofila y los protones provenientes del agua forman NADPH
(utilizado en la etapa independiente de la luz).
4. Formación de ATP impulsado por la salida de H+ del tilacoide al estroma.
Cpech
15
Ciencias Básicas Biología
2.4.2 Fase independiente de la luz (fase oscura)
18 ATP
6 CO2
12 NADPH
Ciclo de Calvin
6 Ribulosa
bifosfato
10 PGAL
2 Gliceraldehído
3 - fosfato (PGAL)
Distintos
compuestos
orgánicos
Figura 4. Fase oscura
1. Se utilizan las moléculas de ATP y de NADPH, que se han obtenido en la fase luminosa, para
sintetizar moléculas orgánicas a partir del CO2 atmosférico.
2. Esta síntesis se realiza mediante el ciclo de Calvin, que consta de dos fases.
3. La primera fase es la fijación del CO2.
4. La segunda fase es la reducción del CO2 fijado, mediante el consumo del ATP y el NADPH, hasta
gliceraldehído-3-fosfato, que puede utilizarse para regenerar la ribulosa-1,5-bifosfato o para la
síntesis de almidón en el estroma y de glucosa en el citosol.
2.5 Factores que afectan a la fotosíntesis
16
Cpech
Factores internos
•
•
•
Presencia de estomas.
Pigmentos.
Contenido de agua.
Factores externos
•
•
•
Temperatura.
Intensidad lumínica.
Concentración de CO2.
GUÍA PRÁCTICA
3. Incorporación de energía por los organismos heterótrofos
La principal fuente de energía para nuestro planeta proviene de la luz del Sol, la que puede ser
considerada como una fuente inagotable. Esta energía puede ser utilizada solo por los organismos
fotosintetizadores, para la producción de su alimento, energía almacenada como glucosa. La reserva
de energía (glucosa) generada en la fotosíntesis es utilizada después en todas las actividades y
funciones orgánicas de los mismos autótrofos, por ejemplo, en las plantas para fabricar nuevos tejidos,
sintetizar enzimas, etc. De igual forma, en los organismos heterótrofos esta energía es utilizada, a
través de la alimentación en las cadenas y tramas tróficas, en la realización de todas sus funciones
vitales.
La glucosa debe ser descompuesta para poder utilizar su energía en forma de ATP, proceso denominado
metabolismo de la glucosa, el que se realiza gracias a la respiración celular.
3.1 Relación entre fotosíntesis y respiración celular
Tanto los organismos animales como vegetales necesitan energía química procedente de la respiración
celular, donde se realiza la degradación de la glucosa (proveniente de la fotosíntesis en las plantas, las
que luego son la comida de los animales).
Respiración celular
Fotosíntesis
Es independiente a la presencia o
ausencia de luz.
Es dependiente de la presencia de luz
en la fase clara.
Consume O2.
Libera O2.
Desprende CO2.
Fija el CO2.
Libera energía en forma de ATP.
Ocupa energía lumínica.
Cpech
17
Ciencias Básicas Biología
Energía solar
Cloroplastos
(sitios de fotosíntesis)
CO2 + H2O
Glucosa + O2
Mitocondrias
(sitios de respiración celular)
ATP
(para trabajo celular)
Energía calórica
Figura 5. Relación entre la fotosínesis y la respiración celular
3.2 Intercambio gaseoso en plantas
Haz
vascular
Luz
-
Las plantas también realizan la respiración
celular.
El intercambio gaseoso ocurre en los estomas.
Cada estoma está formado por 2 células
especializadas llamadas oclusivas, que dejan
entre sí una abertura llamada ostíolo o poro.
Los estomas se ubican en el envés (epidermis
inferior) de las hojas.
Epidermis
superior
Fotosíntesis
CO2
Estomas
H 2O
Epidermis
inferior
(Archivo Cpech)
Figura 6. Intercambio gaseoso
en una hoja.
18
Cpech
GUÍA PRÁCTICA
Mis apuntes
Cpech
19
Registro de propiedad intelectual de Cpech.
Prohibida su reproducción total o parcial.