FOTOSINTESIS

Objetivos

Cuestiones

 


 

FOTOSINTESIS

 

Objetivos


1.- Definir, usar o reconocer definiciones y aplicaciones de cada uno de los siguientes términos:

Fotosíntesis neta (aparente) y bruta (real), fotorrespiración, punto de compensación, plantas de sol y de sombra, punto de compensación lumínica, fotoinhibición, fotooxidacción, aclimatación, Plantas C3 y C4, punto de compensación de CO2, cloroplastos, reacciones de fotoabsorción (lumínicas) y fotoasimilación (oscuras), estroma, fijación de CO2, pigmentos fotosintéticos, clorofila a, pigmentos accesorios, antena, resonancia inductiva, fluorescencia, centros de reacción, cadena transportadora de electrones acíclica y cíclica, fotofosforilación, fotofosrilación cíclica y no cíclica, plastoquinona (PQ), radiación fotosintéticamente activa (PAR), superóxido dismutasa, ciclo de Calvin, ribulosa 1,5-bisfosfato (RuBP), ruta C3, Rubisco, sacarosa, translocador de fosfato, UDP-glucosa, almidon, glycolato, peroxisomas, anatomia foliar Kranz, células de la vaina, ruta C4, tasa de transpiración y metabolismo ácido de las Crasulaceas (CAM).

 

2.- Definir operativamente: Fotosíntesis bruta (real) y neta (aparente), respiración, fotorrespiración y punto de compensación.

Cuestión: 1

 

3.- Describir los principios de los tres métodos usados para medir fotosíntesis bruta y neta, y respiración, y reconocer las limitaciones y posibles fuentes de errores de estos.

Cuestiones: 2, 3 y 5.

 

4.- Calcular la tasa de fotosíntesis bruta y neta, respiración y fotorrespiración a partir de datos.

Cuestiones: 4 y 6.

 

5.- Describir los principios de la absorción de la luz y las reacciones fotoquímicas e fotosíntesis.

Cuestión: 7.

 

6.- Reconocer las similitudes y diferencias entre las cadenas transportadora de electrones en la respiración y la fotosíntesis en los vegetales.

Cuestión: 8.

 

7.- Describa o representar el diagrama Z de transporte aciclico y cíclico de electrones en la fotosíntesis.

Cuestiones: 10, 11, 12, 13 y 14.

 

8.- Describir las estrategias de las plantas para adaptarse a condiciones de alta y baja irradiancia, maximizando la eficiencia fotosintética y minimizando daños.

Cuestión: 9

 

9.- Describir o dibujar un esquema de las principales etapas del ciclo de Calvín en cual se señale que reacciones requieren energía.

Cuestión: 15.

 

10.- Describir como y donde es sintetizada la sacarosa y el almidón.

Cuestión: 15.

 

11.- Explicar como las características de la rubisco explicarían el fenómeno de la fotorrespiración y algunas respuestas de las plantas C3 a los factores ambientales.

Cuestiones: 15 y 16.

 

12.- Describir las características estructurales y bioquímicas de las plantas C4 y CAM y relacionarlo con su fisiología y habitats.

Cuestiones: 17 y 18.

 

13.- Enumera las principales similitudes y diferencias entre las plantas C4 y CAM.

Cuestiones: 17 y 18.

 

14.-Cite los principales mecanismos de regulación de la fijación del carbono.

Cuestión: 15 y 19.

 

15.- Citar los factores ambientales que limitan la tasa de fotosíntesis bruta y neta. Deducir de datos apropiados que factores son limitantes y que predecir las condiciones cuando cada factor debe operar.

Cuestiones: 20,21, 22 y 26.

 

16.- Dar ejemplos que ilustren como las plantas se adaptan a los diferentes ambientes y las formas y estrategias para maximizar la fotosíntesis neta y minimizar los factores limitantes con referencia a: Plantas C3 y C4, especies de sol y sombra, y plantas de ambientes calientes y fríos.

Cuestiones: 22, 23, 24 , 28 y 29.


Cuestiones

 

1.- Clasifica las siguientes afirmaciones como generalmente ciertas, verdaderas para algunas situaciones u organismos, o generalmente falsas. Comentalas.

    1. La fotosíntesis se puede considerar como el reverso de la oxidación biológica (respiración).
    2. La fotosíntesis es el único proceso por el qué los organismos terrestres pueden captar energía procedente del exterior.
    3. En los tejidos vegetales verdes, la respiración (oscura) ocurre solo en la oscuridad y la fotorrespiración solo en la luz.
    4. Una planta en su punto de compensación probablemente no crecerá.


2.- Para cada una de las siguientes aseveraciones, seleccione el método de medida mas apropiado para cuantificar, estudiar o realizar:

    1. Fotosíntesis neta de un campo de trigo durante la primavera.
    2. El efecto de incrementar la temperatura de 20 a 30 C sobre la fotosíntesis neta de hojas de castaño.
    3. Un análisis comparativo, bajo idénticas condiciones criticas, de la fotosíntesis neta en hojas jóvenes y maduras de un roble.
    4. Respiración en raíces.
    5. Fotosíntesis bruta en hojas verdes.

    1. Intercambio de gases en la luz solo.
    2. Intercambio de gases en la oscuridad solo.
    3. Intercambio de gases tanto en luz como en oscuridad.
    4. Incorporación de 14CO2.
    5. Método de cosecha.


3.- Suponiendo que la producción de oxígeno por un tejido verde en la luz es 10 cm3 por gramo de tejido por minuto. ¿Qué representa esta medida?


4.- Suponiendo que el tejido anterior fija O2 en la oscuridad a una tasa de 2 cm3 por gramo de tejido por minuto. ¿Cuál es la tasa aparente de fotosíntesis bruta en este tejido?


5.- Suponiendo que series de 10 discos cortados de hojas de tabaco se incuban bajo las mismas condiciones con 14CO2 durante (a) 1 min y (b) 1 h. Los resultados obtenidos, y expresados como cuentas por minuto incorporadas por disco por minuto, son 70 para (a) y 40 para (b). ¿Por qué difieren estos resultados?, ¿Qué está siendo medido en (a) y en (b)?


6.- Los datos de la siguiente tabla se obtuvieron usando un método de intercambio de gases con un periodo de incubación de 10 min. Las medidas (3) se efectuaron después de sumergir las hojas en un inhibidor específico de la fotorrespiración. Para cada temperatura:

    1. ¿Cuales son los valores de fotosíntesis neta?
    2. ¿Cuáles son los valores de fotorrespiración?
    3. ¿Cuáles son los valores de fotosíntesis bruta y como serían si las medidas (3) no fuesen posibles?

Absorción y liberación de CO2 por hojas de tabaco a dos temperaturas.

µmol CO2g-1peso fresco h-1

Absorción y liberación de CO2

 

25 ºC

35º C

(1) Liberación CO2 en oscuridad

10

20

(2) Absorción de CO2 en la luz

75

65

(3) Absorción de CO2, medido en la luz cuando la fotorrespiración es inhibida

90

180


7.- Completa las frases (a) - (d) escogiendo una o mas de las opciones (i) - (viii).

Los pigmentos antena forman ....................que canalizan la energía de la luz a ....................

La energía de los fotones absorbidos se transfiere entre pigmentos antena por el proceso de ............................. y puede también perderse como ............... o .....................

Las reacciones fotoquímicas en las reacciones de luz ocurren en .....................

La separación de carga ocurre durante una reacción fotoquímica debido a que un ................... excitado se transfiere de una molécula de .................... a un ..................


8.- En plantas verdes, cuales de (a) - (d) se aplica a (i) transporte de electrones respiratorio, (ii) las reacciones de luz, (iii) ambos y (iv) ninguno. Comenta si existe alguna afirmación falsa.

  1. El transporte de electrones se acopla a la generación de una fuerza protón motriz (FPM).
  2. El agua actúa como donador primario de electrones.
  3. El oxígeno actúa como un aceptor de electrones terminal.
  4. La FPM se usa para sintetizar ATP cuando los electrones fluyen a través de una ATPsintasa o factores de acoplamiento.
  5. Se genera poder reductor, normalmente en la forma de nucleótidos de piridina reducidos.


9.- ¿Son las manifestaciones sobre las reacciones luminosas de fotosíntesis, verdaderas, parcialmente ciertas, o falsas?

    1. La fotofosforilación puede ser bien cíclica o no cíclica en plantas superiores.
    2. En plantas verdes, cada estado de las reacciones luminosas, desde la recolección de luz hasta la síntesis de ATP y de NADPH, implica componentes ligados a membrana muy ordenados.
    3. La relación entre plastinoquinona PQ y plastinoquinol PQH2 actúa como un control fino que equilibra la actividad de los fotosistema I y II, así un valor PQ/PQH2 alto favorece el fotosistema II y la formación de granas.
    4. Las plantas de sombra absorben mas eficientemente la luz porqué sus cloroplastos contienen mas pigmentos fotosintéticos.
    5. Los carotenoides actúan no solo como pigmentos antena, sino que también permiten la relajación de las formas de clorofilas excitadas minimizando los riesgos de reacciones indeseadas.


10.- Representa una versión sencilla del esquema Z, incluyendo flechas para indicar la dirección de la energía incrementada de los electrones o afinidad de los transportadores a los electrones. ¿Qué componente es el agente más oxidante (tiene la mayor afinidad por los electrones) y cual es el agente mas reductor?


11.- ¿Cuál de las siguientes afirmaciones es verdadera o falsa?

  1. En la fase luminosa de la fotosíntesis, la luz actúa como donador primario de electrones.
  2. En la fotosíntesis, el transporte cíclico de electrones entre el citocromo B6/f y el fotosistema II crea un gradiente de protones entre el estroma y el lumen que será utilizado para la formación de ATP por las ATPsintasas.
  3. Aunque la luz azul es tan eficaz como la luz roja, está es fotosintéticamente más eficiente.
  4. El fotosistema II se localiza preferentemente en los tilacoides granales, mientras que el fotosistema I en los estromales.


12.- Ordene de mayor a menor las siguientes moléculas en la cadena de transporte de electrones de acuerdo con su potencial redox: P700*, P680*, Plastoquinonas (PQ), Plastocianinas (PC), P680, P700.

*- Significa que el pigmento está excitado, es decir un excitón.


13.- ¿Que tipo de energía se genera en el transporte acíciclo de electrones? ¿Y en el cíclico?


14.- Representa dentro del esquema de membrana tilacoidal:

a) Las cuatro grandes entidades proteicas implicadas en fotosíntesis, situando los componentes de cada entidad en su lugar correspondiente.

b) Mediante flechas indica la secuencia de transporte electrónico.

c) Señala las etapas fotoquímicas (1ª separación de carga) mediante un asterisco.

d) Indica los sitios de consumo y de liberación de protones.

(Abreviaturas: LHCI y LHCII - complejos antena I y II; CCI y CCII - complejos del centro de reacción I y II).


15.- ¿Cuál(es) de las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas?

  1. En el Ciclo de Calvín la única etapa que requiere energía es la reducción de fosfoglicerato a triosa fosfato?
  2. La Rubisco es un enzima universal para la fijación de CO2, pero cataliza la formación de un compuesto de tres átomos de carbono en las plantas C3 y de 4 carbonos en las C4 y CAM.
  3. La ruta C4 podrían ser considerada como una bomba de CO2 que concentraría este gas en los cloroplastos, donde tiene lugar el Ciclo de Calvin, con el consecuente consumo de ATP.
  4. Los carbohidratos sacarosa y el almidón se sintetizan en el citoplasma a partir de intermediarios del ciclo de Calvin y ambos requieren glucosa activada.
  5. La fotorrespiración libera energía al oxidarse la ribulobisfofato, cuando la rubisco actua como oxigenasa.
  6. La fijación de carbono está normalmente limitada por el nivel de actividad de la Rubisco.
  7. En los tejidos verdes de las plantas, la respiración "oscura" ocurre solo en la oscuridad y la fotorrespiración solo en la luz.
  8. Una planta en su punto de compensación probablemente no crecerá.


16.- Observa la siguiente figura y decide: ¿Cuál de las especies X e Y es una C3 y cuál una C4? ¿Por qué?


17.- La siguiente figura se refiere a una planta tropical suculenta. ¿Que tipo de fijación de CO2 ocurre? ¿En que tipo de ambiente espera que este creciendo, en condiciones de sequía o abundancia de agua?


18.- ¿Cuál(es) de las siguientes afirmaciones son ciertas, solo en las plantas C4 (i), solo en CAM (ii), y ambos tipos (iii)?

  1. Presentan Rubisco.
  2. Presentan fluctuaciones cíclicas diarias en los niveles de ácido málico.
  3. La fijación primaria de CO2 ocurre en un compuesto ácido de 4 átomos de carbono.
  4. La fijación de carbono en el ciclo de Calvin ocurre durante el día.
  5. La regeneración de fosfoenol piruvato (PEP) se realiza a partir de carbohidratos almacenados.
  6. La PEP carboxilasa es activada por la luz.


19.- Cite las reacciones y enzimas del ciclo de Calvin que son fotoactivados por la luz.


20.-¿Las manifestaciones (a - d) son verdaderas o falsas?

  1. Un factor es limitante para un proceso cuando un incremento en ese factor no causa incremento en la velocidad del proceso.
  2. Las plantas de sombra tienen tasas de fotosíntesis neta superiores en la sombra y las plantas de sol tienen tasas altas similares a cuando están bajo sol radiante.
  3. El punto de compensación del CO2 de una planta C3 disminuirá a medida que la concentración de O2 disminuya, permaneciendo el resto de las condiciones constante.
  4. Las especies C4 son plantas de sol y las especies C3 son plantas de sombra.
  5. Plantas crecidas bajo condiciones ambientales particulares siempre muestran aclimatación a esas condiciones.


21.- ¿Qué puede estar limitando la tasa de fotosíntesis en las siguientes situaciones?

  1. La fotosíntesis bruta en un chopo (planta C3) creciendo a pleno sol de Julio en León a 28ºC.
  2. La fotosíntesis neta en un árbol subtropical (planta C4) creciendo en las condiciones descritas para (a).
  3. La fotosíntesis neta en una planta del suelo de un bosque tropical inmediatamente después de ser transferida a pleno sol tropical.
  4. La fotosíntesis bruta de campanillas blancas (Galanthus nivalis) creciendo en un bosque caducifolio en un soleado día de enero (temperatura 4ºC).


22.- En la tabla se

muestra la distribución de hierbas y juncos a diferentes altitudes (pero la misma latitud) en habitats abiertos en Java. Sugiere una explicación para este modelo de distribución. ¿Qué factor(es) probablemente limitan la fotosíntesis neta de las plantas por encima de 3000 m?,

Distribución de plantas C3 y C4 en cuatro habitats de Java.

Localización

Altitud/m

Nº de especies en 500 m2

   

C4

C3

Costa

1

15

0

Ribera

200

15

1

Meseta

2000

3

6

Cima de montaña

3000

0

7

Datos tomados de Hofstra, J.J. et al (1972) Annales Bogoriensis, 5:143-57.


23.- Dos especies, una C3 y otra C4, crecen en el mismo ambiente desértico en Norte América. a) ¿Qué semejanzas y diferencias esperarías ver en las respuestas fotosintéticas a la temperatura de estas especies?, b) ¿Bajo que condiciones ambientales esperarías que las diferencias desaparecieran?


24.- En una atmósfera cerrada colocamos una planta C3 y una C4. Partiendo de una concentración de CO2, O2, condiciones de iluminación y temperaturas normales. ¿Cuál de las plantas resistiría mas prolongadamente en estas condiciones?. Explique brevemente ¿cual(es) son los procesos metabólicos diferenciales que permiten explicar este comportamiento?


25.- Si la fotosíntesis genera ATP, ¿por qué las plantas necesitan respirar?. Intentar pensar en alguna razón.


26.- A partir de la figura adjunta se puede deducir cuales son los tres principales factores ambientales que limitan la fotosíntesis (bruta o neta). ¿Cuáles son estos factores?


27.- Hay un factor ambiental bastante sorprendente, el oxígeno, que tiene efectos inhibitorios fuertes sobre la fotosíntesis neta (pero no bruta) en ciertas plantas y bajo ciertas condiciones. De la Figura adjunta deduce cuales son esas condiciones.


28.- De la Figura adjunta, deduce cómo la fotosíntesis neta difiere en plantas de sol y de sombra (a) a irradiancias bajas y (b) a irradiancia alta. Sabría explicar éstas diferencias


29.- Estudia la Figura adjunta, compárala con la Fig. de la pregunta 27 y decide que proceso falta de A. rosea (la especie C4) que explique que su fotosíntesis neta a irradiancia alta sea superior.