SOLUCIONARIO GUÍA ESTÁNDAR ANUAL: Fotosíntesis. Incorporación de materia y energía al ecosistema.

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1 SOLUCIONARIO GUÍA ESTÁNDAR ANUAL: Fotosíntesis. Incorporación de materia y energía al ecosistema. Solucionario preguntas propuestas SGUICES027CB31-A16V1

2 SOLUCIONARIO GUÍA Fotosíntesis. Incorporación de materia y energía al ecosistema Ítem Alternativa Habilidad 1. A Comprensión 2. D Reconocimiento 3. A Comprensión 4. E Aplicación 5. B Aplicación 6. D Reconocimiento 7. B Reconocimiento 8. C ASE 9. C Comprensión 10. D Aplicación 11. C Aplicación 12. C Reconocimiento 13. C Comprensión 14. E Reconocimiento 15. B ASE 16. C ASE 17. E ASE 18. A Reconocimiento 19. E ASE 20. E Reconocimiento 21. B Comprensión 22. C Comprensión 23. E Comprensión 24. D Comprensión 25. C Comprensión

3 Ítem Alternativa Defensa 1. A La destrucción de las granas del cloroplasto determina que no se pueda llevar a cabo la fase clara de la fotosíntesis, por lo tanto, uno de los procesos que se detiene es la fotólisis del agua, reacción que libera O 2 (opción I correcta; III incorrecta). Luego como consecuencia de la anulación de la fase clara, la fase oscura tampoco ocurre y no hay fijación del CO 2, por lo que no se realiza la formación de glucosa (opción II incorrecta). 2. D La fase clara de la fotosíntesis genera 3 productos: O 2, que es liberado en parte a la atmósfera (para ser ocupado por el metabolismo aeróbico de los seres vivos y utilizado en el metabolismo del propio vegetal), el ATP y el NADPH, que sirven como fuente de energía para la fijación del CO 2 en la fase oscura de la fotosíntesis.

4 3. A La síntesis de compuestos orgánicos ocurre en la fase independiente de luz, sin embargo, esta es dependiente de la fase luminosa (opción I es correcta), ya que es allí donde se generan ATP y NADPH, necesarios para llevar a cabo la fijación de CO 2 (ciclo de Calvin). La opción II es incorrecta porque la fase oscura no necesariamente ocurre en ausencia de luz solar, su nombre solo significa que no depende de la luz. La fase oscura ocurre en el estroma del cloroplasto y no en las membranas internas o tilacoidales (opción III incorrecta). 4. E El CO 2 que las plantas ocupan en la fase independiente de la luz de la fotosíntesis se utiliza para la formación de gliceraldehído fosfato, que es un precursor de distintos compuestos orgánicos, tales como glucosa, aminoácidos, ácidos grasos. Por lo tanto, la marca aparece en las proteínas, en la glucosa, en el almidón, en la celulosa (pared celular), etc.

5 5. B El agua es un reactante de la fase clara, que a nivel del fotosistema II se rompe por acción de la luz (fotólisis), dando como resultado protones (H + ), que se acumulan en el interior del tilacoide, generando un gradiente electroquímico que proporciona la energía para la síntesis de ATP, y oxígeno que se libera a la atmósfera (opción II correcta). El agua libera O 2 a la atmósfera y aporta hidrógenos necesarios para la glucosa y para pasar los O 2 sobrantes del CO 2 a agua, pero

6 en la molécula de glucosa no se incorporan los átomos de oxígeno provenientes de las moléculas de agua (opción III incorrecta). El CO 2 no es un producto de la fotosíntesis, sino un reactante utilizado en la fase independiente de la luz, por lo que no se espera que el oxígeno que forma parte del agua aparezca en este compuesto (opción I incorrecta). 6. D En la fase clara ocurre la fotólisis del agua (foto-oxidación), generando oxígeno como producto, que se libera al medio ambiente (A y B incorrectas; D correcta). Como se libera al medio, el oxígeno no es utilizado en la fase oscura ni para la fabricación de moléculas orgánicas (C y E incorrectas). 7. B El CO 2 es un reactante de la fase independiente de la luz (A incorrecta); los azúcares (especialmente la glucosa) son producto de esta fase oscura (B incorrecta); el ATP y el NADPH son productos de la fase dependiente de la luz, que luego son reactantes de la fase independiente de la luz (D y E incorrectas). El agua es requerida en la fase dependiente de la luz, para aportar los electrones que circulan por los tilacoides entre los fotosistemas I y II y para aportar los protones a la formación del NADPH (B correcta). 8. C En el gráfico se observa que las plantas de tuna realizan el intercambio gaseoso (ingreso de CO 2 y salida de vapor de agua) principalmente durante la noche y el amanecer. Por lo tanto, podemos inferir que tienen los estomas abiertos a estas horas y

7 cerrados durante el resto del día. Este comportamiento constituye una adaptación que permite a estas plantas habitar ambientes áridos, evitando la pérdida excesiva de agua por transpiración, al no abrir sus estomas durante las horas de mayor calor (opción III correcta; opción II incorrecta). La salida de O 2 también requiere que los estomas estén abiertos, por lo que ocurrirá de forma simultánea a la transpiración y a la entrada de CO 2, aunque no se produzca durante las horas de luz (opción I incorrecta). 9. C Habilidad de pensamiento científico: Procesamiento e interpretación de datos y formulación de explicaciones, apoyándose en los conceptos y modelos teóricos. La tasa fotosintética es una variable dependiente, es decir, los valores que toma dependen de la variación de otra, en este caso, de la temperatura y de la intensidad lumínica. Por otro lado, estas dos últimas variables son independientes, ya que no varían según la tasa fotosintética, todo lo contrario, la tasa fotosintética se ve afectada por la temperatura y por la intensidad lumínica (alternativas A y B incorrectas). A intensidad lumínica baja y a mayor temperatura, se aprecia en el gráfico que la tasa fotosintética decae a rangos mínimos, aunque no a cero (alternativa C correcta). El gráfico muestra que la tasa fotosintética con alta intensidad lumínica sufre variaciones (disminuye un poco, luego aumenta y finalmente disminuye) por la temperatura (alternativa D incorrecta). La tasa fotosintética se comporta diferente al ir aumentando la temperatura con los dos niveles de intensidad lumínica presentados. Así en intensidad lumínica baja, tiende a disminuir con el aumento de la temperatura, pero en intensidad lumínica alta, la tasa fotosintética, presenta rangos de crecimiento y de descenso al aumentar la temperatura (alternativa E incorrecta). 10. D Si las reservas de oxígeno de la atmósfera no son repuestas, se agotarían. En una situación de detención de la fotosíntesis global,

8 los niveles de O 2 en la atmósfera disminuirían progresivamente al ser este consumido por la respiración de los seres vivos. Los bajos niveles de O 2 no permitirían la vida de organismos aeróbicos, por lo que la respiración tendería a disminuir también debido a la mortandad, pero si se asume que la respiración continúa a la tasa actual, la atmósfera quedaría eventualmente sin O 2. La fotosíntesis es el proceso que permite la transformación de la energía solar en energía química, la cual permite y se utiliza para la formación de materia orgánica, quedando así a disposición del resto de los organismos de las cadenas alimentarias (opción II correcta). La respiración celular gasta la energía almacenada en la materia, que se produce gracias a la fotosíntesis y utiliza el oxígeno que la fotosíntesis libera al ambiente. Por lo que se trata de procesos complementarios a nivel ecosistémico, pero no puede reemplazarse la fotosíntesis por la respiración celular ni viceversa (opción III incorrecta). 11. C Si se introduce la marca en el dióxido de carbono, aparecerá en cualquiera de los compuestos orgánicos que se originan a partir de la fase oscura de la fotosíntesis, tal como la glucosa, el almidón, los ácidos grasos, los aminoácidos, etc. 12. C Los fotosistemas son agregados de pigmentos diferentes, ubicados en la membrana del tilacoide, que están organizados de tal manera que capturan la energía solar y la concentran en la clorofila (C correcta). La absorción de luz por parte de la clorofila inicia una cadena de transporte de electrones, que es la encargada de mantener un flujo de electrones desde el fotosistema II al fotosistema I (A incorrecta). De esta forma se echa a andar la

9 etapa clara de la fotosíntesis, que tiene otras consecuencias como la formación de poder reductor (NADPH) y de energía (ATP) (B y E incorrectas). 13. C En la primera parte de la figura se observa un proceso que genera glucosa y ocurre en las plantas, por lo que se trata de la fotosíntesis (1). Además de glucosa, esto produce oxígeno (3). Luego, la glucosa y el oxígeno se utilizan en la respiración celular (2) que se da tanto en animales como en vegetales. La respiración celular genera agua y dióxido de carbono (4), que son reactantes para la fotosíntesis, lo que completa el ciclo. 14. E En la etapa de la fotosíntesis que depende de la luz se realiza la fotólisis del agua y la formación de ATP y NADPH (opciones II y III correctas). La fijación del CO 2 se realiza en la siguiente etapa que es la independiente de la luz (opción I incorrecta).

10 15. B En el gráfico se muestra la variación de la tasa fotosintética en función de la concentración de CO 2 en el aire en plantas terrestres. De acuerdo a la información del gráfico, a concentraciones por debajo de 500 ppm, la tasa fotosintética aumenta al incrementarse la concentración de CO 2, por lo que se puede afirmar que este gas es un factor que limita la fotosíntesis en ese rango. Sin embargo, no se puede afirmar a partir del gráfico que sea el único factor que lo limita, dado que no se evalúan otras intensidades de luz o temperaturas (opción I incorrecta). Entre 500 y 1000 ppm de CO 2 se encuentra señalado el rango de saturación de la mayoría de las plantas terrestres, lo que significa que entre esos niveles de CO 2, la mayoría de las especies dejan de mostrar un aumento de su tasa fotosintética con el aumento de la concentración de CO 2, posiblemente debido a la saturación de las enzimas fotosintéticas, como la RUBISCO. Como se trata de un rango de valores y no de un valor único, es correcto inferir que hay variación interespecies en el valor de concentración de CO 2 al cual las enzimas fotosintéticas se saturan (opción II correcta). Sobre los 1000 ppm de CO 2 atmosférico la tasa fotosintética se mantiene constante con el aumento de la concentración de CO 2, lo que indica que otros factores, como la intensidad lumínica, la temperatura o la disponibilidad de las enzimas, son los que están limitando la fotosíntesis en ese rango y la concentración de CO 2 no es un factor limitante, ya que la disponibilidad de este gas es más de la que la planta puede utilizar a esa temperatura y luminosidad (opción III incorrecta). 16. C Los vegetales son organismos autótrofos, por lo tanto, utilizan la energía solar para la formación de materia orgánica a partir de inorgánica a través de la fotosíntesis. Para el resto de las actividades del vegetal (crecimiento, floración, fructificación, etc.) se necesita energía química procedente de la respiración celular (igual que los animales). La materia orgánica degradada en este

11 último proceso, para liberar su energía química, está compuesta fundamentalmente de azúcares procedentes de la fotosíntesis (opción II correcta). En la fotosíntesis los reactantes son los productos de la respiración celular, CO 2 y H 2 O (opción I correcta), y en la respiración celular los reactantes son los productos de la fotosíntesis, glucosa y O 2. La fotosíntesis requiere energía, que es aportada por la energía solar, la respiración celular aporta energía para el funcionamiento del organismo (opción III incorrecta). 17. E La temperatura es un factor que afecta a la actividad fotosintética, al igual que la intensidad lumínica. Sin embargo, estos factores pueden ser considerados de forma independiente y cada uno de ellos ejerce un efecto propio. La intensidad lumínica tiene que ver la cantidad, calidad y duración de luz necesaria para estimular los pigmentos fotosintéticos, en cambio la temperatura es la medida de calor que hay en el ambiente. Si bien en un ambiente natural pueden estar correlacionadas, en condiciones de laboratorio es posible aislar cada factor y nada en el gráfico indica que simultáneamente con la temperatura aumente también la intensidad lumínica (opción I incorrecta). Como muestra el gráfico, a bajas temperaturas un aumento de la misma produce un incremento de la actividad fotosintética, hasta una temperatura óptima, donde se alcanza la máxima actividad fotosintética (opción II correcta). El valor de la temperatura óptima depende de la especie, del tipo de planta y del clima en donde haya evolucionado dicha especie. Superada esta temperatura óptima, la tasa fotosintética comienza a disminuir, tal como se observa en el gráfico, principalmente debido a que las enzimas que participan en el proceso se desnaturalizan y no son funcionales (opción III correcta). 18. A La fotosíntesis es uno de los procesos bioquímicos más importantes de la biósfera por varios motivos: sintetiza materia orgánica a partir de materia inorgánica, la que luego pasa al metabolismo del mismo organismo fotosintetizador y posteriormente a los organismos heterótrofos, mediante las cadenas tróficas; produce la transformación de la energía luminosa en energía química utilizada por los seres vivos; libera oxígeno, que será utilizado en la respiración celular; fue causante del cambio producido en la atmósfera primitiva de reductora a oxidativa; y permite el equilibrio necesario entre seres autótrofos y heterótrofos. La fotosíntesis no reduce gases tóxicos presentes en la atmósfera, como podrían ser el monóxido de carbono o dióxido de nitrógeno o azufre, solo utiliza el dióxido de carbono, que no es tóxico para los seres vivos, aunque debe mantenerse un adecuado balance entre este gas y oxígeno para permitir la vida de los organismos aeróbicos. 19. E De acuerdo al gráfico, el rendimiento fotosintético es una variable

12 dependiente de las horas de luz a la cual la planta está expuesta y de la concentración de oxígeno del medio (opción III correcta). En general, a medida que la planta se encuentra por más tiempo en presencia de luz, su actividad fotosintética es mayor (opción II correcta), ya que la fotosíntesis requiere energía para realizarse, que es entregada por la luz. En el caso del oxígeno, el gráfico muestra que para cualquier tiempo de iluminación, la actividad fotosintética es menor con 30% de oxígeno que con 1%. Por lo tanto, se puede afirmar que a una alta concentración de oxígeno, la actividad fotosintética disminuye. Esto se debe a la competencia que se establece entre el O 2 y el CO 2, favoreciendo el proceso de fotorrespiración (opción I correcta). 20. E Un pigmento es cualquier sustancia que absorbe luz (B incorrecta). La luz del sol o la luz blanca procedente de cualquier fuente artificial aparece como homogénea al ojo humano, pero cuando pasa a través de un prisma, se descompone en un espectro de colores, cada uno de los cuales responde a un rango diferente de longitudes de onda. De mayor a menor longitud de onda, el orden en que aparecen los colores más importantes en el espectro de la luz visible son: el rojo, anaranjado, amarillo, verde, azul y violeta. De todo el espectro electromagnético, cada pigmento solo absorbe luz de algunas longitudes de onda y refleja el resto. Así, el color de un pigmento es el resultado de las longitudes de onda reflejadas o no absorbidas (E correcta; C incorrecta). Por ejemplo, la clorofila, el pigmento verde de todas las células fotosintéticas, absorbe todas las longitudes de onda de la luz visible excepto el verde, el cual es reflejado y percibido por nuestros ojos. En células vegetales, los pigmentos fotosintéticos se encuentran agrupados en fotosistemas en la membrana de los tilacoides (D incorrecta). Existen diferentes tipos de pigmentos; en plantas los principales son la clorofila y los carotenoides, pero estos no son los únicos: en algas verdes y rojas podemos encontrar los pigmentos ficocianina y ficoeritrina (A incorrecta).

13 21. B La luz puede excitar ciertos tipos de moléculas, y por lo tanto, desplazar electrones hacia niveles de energía superiores (liberar electrones). Cuando un electrón pasa a un nivel de energía más elevado, se dice que el átomo está excitado. Esta excitación puede ser el resultado de la absorción de cualquier tipo de energía. En la fotosíntesis, por supuesto, la energía que provoca la excitación proviene del sol. La luz absorbida por la molécula de clorofila, lanza los electrones a un nivel de mayor energía. Estos electrones ingresan a la cadena transportadora de electrones, iniciando las reacciones de la fase dependiente de luz. 22. C Los cloroplastos son organelos fotosintéticos que presentan doble membrana, una externa y otra interna, y entre ellas un espacio intermembranoso. La doble membrana delimita un espacio llamado estroma, que contiene una molécula de ADN circular y enzimas. En

14 este lugar se realiza el ciclo de Calvin que permite la fijación del carbono (fase independiente de la luz) (B y D incorrectas). En el estroma hay unas estructuras llamadas tilacoides, las cuales pueden extenderse por todo el estroma o apilarse formando paquetes llamados grana. En la membrana de los tilacoides se ubican los sistemas enzimáticos que captan la energía del sol y efectúan el transporte de electrones para formar ATP, denominados fotosistemas (alternativa C correcta). Este proceso forma parte de la etapa dependiente de la luz, en donde también se realiza la fotólisis del agua y la formación de ATP y NADPH (A y E incorrectas). 23. E El NADPH es una molécula transportadora de electrones que se produce en la etapa dependiente de la luz. Como consecuencia de la incidencia de la luz en los fotosistemas I y II, los electrones se excitan y se transfieren al NADP +, formando NADPH. Este proceso se realiza en la membrana de los tilacoides en la etapa dependiente de la luz (opción I incorrecta). El NADPH se oxidará a NADP + en la etapa independiente de la luz, contribuyendo a la fijación de CO 2 y a la formación de azúcares simples (opción II correcta).

15 24. D Durante la fase clara de la fotosíntesis, los electrones del fotosistema II ingresan a la cadena de transporte de electrones, hasta llegar al fotosistema I, donde reemplazan los electrones perdidos en este fotosistema debido a la absorción de luz. Los electrones del fotosistema II son reemplazados por electrones provenientes de la fotólisis del agua, donde se produce además oxígeno y protones.

16 25. C Habilidad de pensamiento científico: Identificación de teorías y marcos conceptuales, problemas, hipótesis, procedimientos experimentales, inferencias y conclusiones, en investigaciones científicas clásicas o contemporáneas. En el párrafo se describen los pasos seguidos por Calvin y sus colaboradores para identificar los compuestos y reacciones químicas implicadas en la fotosíntesis. Por lo tanto, corresponde a la descripción de un procedimiento experimental y a la etapa de experimentación del método científico.