Estándar Anual. Biología. Ejercicios PSU. Ciencias Básicas. Guía práctica Fotosíntesis. Incorporación de materia y energía al ecosistema

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1 Programa Estándar Anual Ejercicios PSU 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. 1

2 Ciencias Básicas Biología 4. Al marcarse radiactivamente las moléculas de CO 2 que son captadas por una planta, en qué elemento(s) y/o estructura(s) es posible detectarlo? I) Proteínas II) Glucosa III) Pared celular A) Solo I D) Solo I y II B) Solo II E) I, II y III C) Solo III 5. El agua con que se riega una planta tiene el isótopo pesado de oxígeno ( 18 O). Al cabo de un tiempo, al analizar los productos de la reacción fotosintética, podría verificarse que el 18 O se encontrará en el I) CO 2 liberado al medio. II) aire del ambiente. III) almidón formado. Es (son) correcta(s) A) solo I. D) solo II y III. B) solo II. E) I, II y III. C) solo III. 6. En relación al oxígeno liberado durante la fotosíntesis, es correcto afi rmar que A) proviene del rompimiento del CO 2. B) proviene de las moléculas de C 6 H 12 O 6. C) es utilizado en la fabricación de moléculas orgánicas. D) resulta de la fotólisis del agua. E) es utilizado en la fase oscura de la fotosíntesis. 7. Cuál de los siguientes elementos necesita la planta para que se lleve a cabo la fase dependiente de la luz? A) CO 2 D) ATP B) Agua E) NADPH C) Azúcar 2

3 GUÍA PRÁCTICA 8. El siguiente gráfi co muestra la variación de la captación de CO 2 y de la transpiración en plantas de tuna (Opuntia fi cus-indica) a lo largo del día: Ingreso neto de CO 2 ( mol/m 2 /s) Transpiración ( mol/m 2 /s) A B Noche Hora del día Al respecto, se puede inferir que estas plantas I) probablemente, liberan oxígeno entre las 9 y las 15 hrs. II) crecen en ambientes con elevadas temperaturas nocturnas. III) tienen sus estomas abiertos, principalmente, durante la noche y el amanecer. A) Solo I D) Solo I y III B) Solo II E) I, II y III C) Solo III 9. Existen diversos factores que infl uyen en la actividad fotosintética. Al respecto, el siguiente gráfi co representa la relación entre la tasa fotosintética, la intensidad luminosa y la temperatura: Tasa fotosintética Alta intensidad lumínica Baja intensidad lumínica Temperatura + Con respecto al gráfi co, es correcto afi rmar que A) la tasa fotosintética representa una variable independiente. B) la intensidad lumínica representa una variable dependiente. C) a intensidad lumínica baja y mayor temperatura, la tasa fotosintética es mínima. D) con alta intensidad lumínica la tasa fotosintética crece constantemente. E) la temperatura y la tasa fotosintética son inversamente proporcionales. 3

4 Ciencias Básicas Biología 10. Si la fotosíntesis se detiene a nivel planetario, entonces I) la atmósfera quedaría sin oxígeno, en el caso de que la respiración de los seres vivos prosiguiera a la tasa actual. II) la energía del Sol no se transformaría en energía disponible para formar nueva materia orgánica. III) la respiración celular reemplazaría a este proceso en la función de intercambio de energía. Es (son) correcta(s) A) solo I. D) solo I y II. B) solo II. E) solo II y III. C) solo III. 11. Si se sitúa un grupo de plantas verdes dentro de un ambiente rico en CO 2 con carbono radiactivo, en qué moléculas del cuerpo vegetal se esperaría encontrar la marca radiactiva? A) Oxígeno D) Agua B) Nitrógeno E) Sales minerales C) Glucosa 12. Los fotosistemas tienen la misión de A) transportar electrones desde el fotosistema I al II. B) generar sustancias de gran poder reductor como el NADPH. C) capturar la energía solar para lograr concentrarla en la clorofi la. D) conectar los tilacoides dentro de un cloroplasto. E) producir ATP a partir de la excitación por la luz solar. 4

5 GUÍA PRÁCTICA 13. A continuación se presenta un esquema que resume el ciclo de la energía en un ecosistema terrestre: H 2 O PLANTAS VERDES Glucosa ENERGÍA PARA EL TRABAJO CELULAR TEJIDOS ANIMALES Y VEGETALES Los números 1, 2, 3 y 4 representan, respectivamente, A) Fotosíntesis Respiración CO 2 O 2 B) Respiración Fotosíntesis CO 2 O 2 C) Fotosíntesis Respiración O 2 CO 2 D) Respiración Fotosíntesis O 2 CO 2 E) Fotosíntesis Respiración ATP CO 2 5

6 Ciencias Básicas Biología 14. Cuál(es) de los siguientes eventos se realiza(n) en la etapa dependiente de la luz? I) Fijación del CO 2 II) Fotólisis del agua III) Formación de ATP A) Solo I D) Solo I y II B) Solo II E) Solo II y III C) Solo III 15. El siguiente gráfi co muestra la variación de la tasa fotosintética de plantas terrestres, con respecto a distintas concentraciones de CO 2 en el aire. 100% Tasa fotosintética 50% 0 Nivel de CO 2 en el ambiente Rango de saturación en la mayoría de las plantas Concentración ce CO 2 (ppm) Al respecto, es correcto inferir que I) a los niveles de CO 2 que hay en el ambiente, solo la concentración de este gas limita la tasa fotosintética. II) en distintas especies de plantas, las enzimas fotosintéticas se saturan a distintos niveles de CO 2. III) sobre 1000 ppm de CO 2, el nivel de este gas en la atmósfera limita la tasa fotosintética. Es (son) correcta(s) A) solo I. B) solo II. C) solo I y II. D) solo I y III. E) I, II y III. 6

7 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) CO 2 + H 2 O Glucosa + O 2 Mitocondrias (sitios de respiración celular) ATP (para trabajo celular) Energía calórica En relación con el esquema, es correcto afi rmar que I) en la respiración celular los reactantes son los productos de la fotosíntesis. II) la fotosíntesis elabora moléculas orgánicas y la respiración libera su energía. III) la fotosíntesis requiere energía que es aportada por la respiración celular. A) Solo I B) Solo II C) Solo I y II D) Solo II y III E) I, II y III 7

8 Ciencias Básicas Biología 17. El gráfi co representa el efecto de la temperatura sobre la actividad fotosintética de una planta. Actividad fotosintética Temperatura A partir del gráfi co, es correcto inferir que I) el aumento de la temperatura tiene directa relación con la intensidad lumínica. II) existe un valor de temperatura óptimo en donde la actividad fotosintética es máxima. III) un aumento excesivo en la temperatura podría afectar a las enzimas que participan en la fotosíntesis. A) Solo I D) Solo I y II B) Solo II E) Solo II y III C) Solo III 18. Respecto a la importancia biológica de la fotosíntesis, NO es correcto afirmar que A) reduce gases presentes en la atmósfera que son tóxicos para los seres vivos. B) transforma la energía lumínica en energía química necesaria para los seres vivos. C) fue causante del cambio producido en la atmósfera, de reductora a oxidativa. D) permite el equilibrio necesario entre seres autótrofos y heterótrofos. E) libera oxígeno que será utilizado en la respiración celular. 8

9 GUÍA PRÁCTICA 19. En el gráfi co se muestra el efecto del tiempo de iluminación y la concentración de oxígeno sobre la actividad fotosintética de una planta: Medio con un 1% O 2 Actividad fotosintética Medio con un 30% O 2 Tiempo de iluminación diaria (h) Con respecto al gráfi co, es correcto afi rmar que I) si el medio presenta una alta concentración de oxígeno, la actividad fotosintética es menor. II) si la planta pasa más tiempo expuesta a la luz, su actividad fotosintética aumenta. III) el rendimiento fotosintético depende de las horas de luz y de la concentración de oxígeno. A) Solo I D) Solo I y II B) Solo II E) I, II y III C) Solo III 20. Con respecto a los pigmentos fotosintéticos, es correcto afi rmar que A) existen solo dos tipos de pigmentos: los carotenoides y la clorofila. B) tienen la capacidad solamente de refl ejar la energía de la luz solar. C) pueden absorber energía en cuaquier región del espectro electromagnético. D) en células vegetales están agrupados en el citoplasma. E) su color está dado por las longitudes de onda que no absorben. 21. La incidencia de luz sobre la clorofi la provoca que esta A) se hidrolice. D) capte electrones. B) libere electrones. E) capte dióxido de carbono. C) libere oxígeno. 9

10 Ciencias Básicas Biología 22. Con respecto a las estructuras del cloroplasto, cuál de las siguientes relaciones es correcta? A) En la membrana externa ocurre la fotólisis del agua. B) En la membrana interna ocurre la fi jación de carbono. C) En los tilacoides se encuentran los fotosistemas. D) En el espacio intermembrana ocurre el ciclo de Calvin. E) La fase dependiente de la luz se realiza en el estroma. 23. En relación con la molécula de NADPH, es correcto afi rmar que I) se produce en el estroma, durante la etapa dependiente de la luz. II) se utiliza para la fi jación del carbono, al igual que el ATP. III) en la etapa independiente de la luz se oxida, quedando como NADP +. A) Solo I D) Solo I y II B) Solo II E) Solo II y III C) Solo III 24. 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? Fotosistema I Fotosistema II A) Agua Fotosistema I B) NADPH Fotosistema I C) NADP+ Agua D) Fotosistema II Agua E) Fotosistema II NADPH 10

11 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 científi co y su equipo utilizaron un alga verde unicelular, llamada Chlorella pyrenoidosa, a la cual se le permitió absorber CO 2 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 identifi cando con una autoradiografía cada compuesto. De esta forma, identificó gran parte de las reacciones implicadas en la reducción del carbono del CO 2 durante la fotosíntesis. Cuál de las siguientes etapas del método científi co se hace explícita en el párrafo anterior? A) Hipótesis. B) Observación. C) Experimentación. D) Análisis de conclusiones. E) Pregunta de investigación. 11

12 Ciencias Básicas Biología Tabla de corrección Ítem 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 12

13 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. 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. Longitudes de onda corta Longitud de onda en nm Violeta Azul Azul-verdoso Verde Amarillo-verdoso Amarillo Anaranjado Rojo Longitudes de onda larga 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. 13

14 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, CO 2, agua y liberando O 2. La ecuación general de este proceso es: 6 CO H 2 O + energía lumínica C 6 H 12 O O 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 2.2 Fotosistemas Estroma Figura 2. Cloroplasto 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. 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 clorofi las. Otros pigmentos son las fi cocianinas (pigmento en cianobacterias), fi coeritrinas (pigmento rojo en cianobacterias y algas rojas), caroteno (color rojizo y anaranjado) y xantofi las (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

15 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) Productos Agua, luz solar, fotosistemas I y II y coenzima NADP+. O 2, ATP y NADPH (poder reductor). ATP, CO 2 y NADPH (poder reductor). Glucosa y otras moléculas orgánicas. Característica principal Fotoquímica. Biosintética Fase dependiente de la luz (fase clara) Fotón Fotón NADPH NADP + H + H + ATP Membrana tilacoidal PS II Pq Cit b/f PS I fd ATP sintasa ADP + P 2H 2 O O 2 + 4H + Fotólisis del agua H + H + H + H + Transporte de electrones Figura 3. Fase clara 1. La energía luminosa excita electrones de la molécula de clorofi la (fotosistema II y fotosistema I). 2. La molécula de agua se rompe y libera O 2, electrones y protones (H + ). 3. Los electrones desprendidos de la clorofi la 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. 15

16 Ciencias Básicas Biología Fase independiente de la luz (fase oscura) 18 ATP 6 CO 2 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 CO 2 atmosférico. 2. Esta síntesis se realiza mediante el ciclo de Calvin, que consta de dos fases. 3. La primera fase es la fijación del CO La segunda fase es la reducción del CO 2 fi jado, 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 Factores internos Presencia de estomas. Pigmentos. Contenido de agua. Factores externos Temperatura. Intensidad lumínica. Concentración de CO 2. 16

17 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 trófi cas, 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 Es independiente a la presencia o ausencia de luz. Fotosíntesis Es dependiente de la presencia de luz en la fase clara. Consume O 2. Libera O 2. Desprende CO 2. Fija el CO 2. Libera energía en forma de ATP. Ocupa energía lumínica. 17

18 Ciencias Básicas Biología Energía solar Cloroplastos (sitios de fotosíntesis) CO 2 + H 2 O Glucosa + O 2 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 Luz Haz vascular Epidermis superior - 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. Fotosíntesis CO 2 H 2 O Estomas Epidermis inferior (Archivo ) Figura 6. Intercambio gaseoso en una hoja. 18

19 GUÍA PRÁCTICA Mis apuntes 19

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