Ejercicio resuelto de Fotosíntesis · Biología · 2020

Respecto a la fase oscura de la fotosíntesis,
a) ¿En qué orgánulo de la célula vegetal y en qué compartimento de éste ocurre? (0,25 puntos)
b) ¿Cuáles son los substratos iniciales necesarios y de dónde provienen? (0,5 puntos)
c) ¿Cuál es el paso inicial y qué enzima lo cataliza? (0,25 puntos)
d) ¿Cuál es el balance químico global por cada molécula de glucosa sintetizada? (0,5 puntos)

$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{¿En}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{org}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{nulo}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{c}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{lula}}\mathbf{\text{vegetal}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{compartimento}}\mathbf{\text{de}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{ste}}\mathbf{\text{ocurre?}}\mathbf{\text{(0,25}}\mathbf{\text{puntos)}}$

Ocurre en el cloroplasto y, dentro de él, en el estroma, que es el medio interno que rodea a los tilacoides y en el que están disueltas las enzimas del ciclo de Calvin.

$\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{¿Cu}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{les}}\mathbf{\text{son}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{substratos}}\mathbf{\text{iniciales}}\mathbf{\text{necesarios}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{d}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{nde}}\mathbf{\text{provienen?}}\mathbf{\text{(0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

Los sustratos iniciales son cuatro.

El dióxido de carbono, que procede de la atmósfera y entra en la hoja por los estomas, difundiendo después hasta el estroma del cloroplasto.

La ribulosa-1,5-bisfosfato, azúcar de cinco carbonos que actúa como aceptor del dióxido de carbono; no procede del exterior, sino que se regenera dentro del propio ciclo a partir de las triosas fosfato formadas en él.

El ATP y el NADPH, que aportan respectivamente la energía y el poder reductor, y que proceden de la fase luminosa: el ATP se obtiene por fotofosforilación en la membrana de los tilacoides y el NADPH al reducirse el $\mathrm{N}\mathrm{A}\mathrm{D}{\mathrm{P}}^{+}$ con los electrones arrancados a la clorofila y repuestos por la fotólisis del agua.

$\mathbf{\text{c)}}\mathbf{\text{¿Cu}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{l}}\mathbf{\text{es}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{paso}}\mathbf{\text{inicial}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{enzima}}\mathbf{\text{lo}}\mathbf{\text{cataliza?}}\mathbf{\text{(0,25}}\mathbf{\text{puntos)}}$

El paso inicial es la fijación del dióxido de carbono, o carboxilación: una molécula de $\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$ se une a la ribulosa-1,5-bisfosfato dando un compuesto inestable de seis carbonos que se escinde de inmediato en dos moléculas de ácido 3-fosfoglicérico.

La enzima que lo cataliza es la ribulosa-1,5-bisfosfato carboxilasa-oxigenasa, conocida como rubisco. Es la proteína más abundante de la biosfera y tiene la particularidad de poder actuar también como oxigenasa, fijando oxígeno en lugar de dióxido de carbono; esa actividad da lugar a la fotorrespiración, que reduce el rendimiento de la fotosíntesis cuando la temperatura es alta y los estomas se cierran.

$\mathbf{\text{d)}}\mathbf{\text{¿Cu}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{l}}\mathbf{\text{es}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{balance}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{mico}}\mathbf{\text{global}}\mathbf{\text{por}}\mathbf{\text{cada}}\mathbf{\text{mol}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{cula}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{glucosa}}\mathbf{\text{sintetizada?}}\mathbf{\text{(0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

Cada vuelta del ciclo fija una sola molécula de dióxido de carbono, de modo que hacen falta seis vueltas para reunir los seis carbonos de una glucosa. En cada vuelta se consumen tres ATP y dos NADPH, así que:

$6\text{ vueltas}\times 3\mathrm{A}\mathrm{T}\mathrm{P}=18\mathrm{A}\mathrm{T}\mathrm{P}$

$6\text{ vueltas}\times 2\mathrm{N}\mathrm{A}\mathrm{D}\mathrm{P}\mathrm{H}=12\mathrm{N}\mathrm{A}\mathrm{D}\mathrm{P}\mathrm{H}$

El balance global de la fase oscura por molécula de glucosa sintetizada es, por tanto:

$6\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2+18\mathrm{A}\mathrm{T}\mathrm{P}+12\mathrm{N}\mathrm{A}\mathrm{D}\mathrm{P}\mathrm{H}⟶{\mathrm{C}}_6{\mathrm{H}}_{12}{\mathrm{O}}_6+18\mathrm{A}\mathrm{D}\mathrm{P}+18{\mathrm{P}}_{\mathrm{i}}+12\mathrm{N}\mathrm{A}\mathrm{D}{\mathrm{P}}^{+}$

El ADP y el $\mathrm{N}\mathrm{A}\mathrm{D}{\mathrm{P}}^{+}$ liberados vuelven a la fase luminosa para volver a cargarse, con lo que se cierra el acoplamiento entre ambas fases.