Ejercicio resuelto de Fotosíntesis · Biología · País Vasco · 2024

Opción 4B (2,5 puntos)
Gracias a la fotosíntesis, las plantas logran crecer y desarrollarse, a la vez que proporcionan oxígeno a la atmósfera, lo que hace posible la vida en la Tierra. En relación a la fotosíntesis vegetal, responda a las siguientes cuestiones:

a) (0,5 puntos) ¿En qué consiste la fotólisis del agua?
b) (0,5 puntos) ¿Qué moléculas formadas en la fase luminosa (acíclica y cíclica) se utilizan después en la etapa biosintética?
c) (0,5 puntos) ¿Cuál es la molécula aceptora de $\mathrm{CO_2}$ en el Ciclo de Calvin? ¿Qué enzima cataliza dicha reacción?
d) (0,5 puntos) ¿En qué parte del cloroplasto y en qué fase de la fotosíntesis se genera glucosa?
e) (0,5 puntos) ¿Qué otros organismos, además de las plantas, pueden realizar la fotosíntesis oxigénica?

$\textbf{a) (0,5 puntos) ¿En qué consiste la fotólisis del agua?}$

La fotólisis del agua es la ruptura de moléculas de agua mediante la energía de la luz, que ocurre en la membrana de los tilacoides asociada al fotosistema II.

Su razón de ser es reponer los electrones. Cuando la clorofila del centro de reacción del fotosistema II se excita con la luz, cede un electrón a la cadena de transporte y queda oxidada; para volver a funcionar necesita recuperarlo, y la única fuente de la que lo toma es el agua.

$2\,\mathrm{H_2O} \xrightarrow{\ \text{luz}\ } 4\,\mathrm{H^+} + 4\,e^- + \mathrm{O_2}$

De la reacción salen tres cosas: los electrones que reponen los del fotosistema II, los protones que se acumulan en el lumen tilacoidal y contribuyen al gradiente que mueve la ATP-sintasa, y el oxígeno molecular, que es un producto de desecho. Todo el oxígeno de la atmósfera terrestre procede de esta reacción.

$\textbf{b) (0,5 puntos) ¿Qué moléculas formadas en la fase luminosa (acíclica y cíclica) se utilizan después en la etapa biosintética?}$

Las moléculas que enlazan las dos fases son el ATP y el $\mathrm{NADPH}$.

La fase luminosa acíclica, en la que intervienen los dos fotosistemas y hay fotólisis del agua, produce ambas: ATP y $\mathrm{NADPH}$, además de oxígeno.

La fase luminosa cíclica, en la que solo interviene el fotosistema I y los electrones vuelven sobre sus pasos, produce únicamente ATP, sin $\mathrm{NADPH}$ ni desprendimiento de oxígeno. Su papel es complementar el ATP cuando el ciclo de Calvin necesita más del que la vía acíclica proporciona.

El ATP aporta la energía y el $\mathrm{NADPH}$ el poder reductor con los que el ciclo de Calvin fija y reduce el $\mathrm{CO_2}$.

$\textbf{c) (0,5 puntos) ¿Cuál es la molécula aceptora de } \boldsymbol{\mathrm{CO_2}}\textbf{ en el Ciclo de Calvin? ¿Qué enzima cataliza dicha reacción?}$

La molécula aceptora es la ribulosa-1,5-bisfosfato, un azúcar de cinco carbonos con dos grupos fosfato.

La enzima que cataliza la fijación es la ribulosa-1,5-bisfosfato carboxilasa-oxigenasa, conocida por sus siglas como rubisco, que se encuentra disuelta en el estroma y es la proteína más abundante de la biosfera.

Al unirse el $\mathrm{CO_2}$ a la ribulosa-1,5-bisfosfato se forma un compuesto inestable de seis carbonos que se escinde de inmediato en dos moléculas de ácido 3-fosfoglicérico, de tres carbonos cada una.

Conviene señalar que la rubisco es también oxigenasa: cuando la concentración de $\mathrm{CO_2}$ es baja puede fijar $\mathrm{O_2}$ en su lugar, desencadenando la fotorrespiración, que reduce el rendimiento de la fotosíntesis.

$\textbf{d) (0,5 puntos) ¿En qué parte del cloroplasto y en qué fase de la fotosíntesis se genera glucosa?}$

La glucosa se genera en el estroma del cloroplasto, y durante la fase oscura o etapa biosintética, es decir, en el ciclo de Calvin.

De cada tres vueltas del ciclo sale una molécula de gliceraldehído-3-fosfato, y con dos de ellas se construye una molécula de glucosa. Hacen falta por tanto seis vueltas del ciclo, seis moléculas de $\mathrm{CO_2}$, dieciocho ATP y doce $\mathrm{NADPH}$ para obtener una glucosa.

El nombre de fase oscura resulta engañoso: no requiere oscuridad, sino que no necesita la luz directamente. En la práctica solo funciona mientras la fase luminosa le suministra ATP y $\mathrm{NADPH}$.

$\textbf{e) (0,5 puntos) ¿Qué otros organismos, además de las plantas, pueden realizar la fotosíntesis oxigénica?}$

La realizan las algas, tanto las pluricelulares —verdes, pardas y rojas— como las unicelulares del fitoplancton, que poseen cloroplastos igual que las plantas y son responsables de una parte enorme del oxígeno que se produce en el planeta.

Y la realizan también las cianobacterias, que son procariotas y por tanto carecen de cloroplastos: sus pigmentos y sus fotosistemas se alojan directamente en membranas tilacoidales libres en el citoplasma. Fueron los primeros organismos capaces de este tipo de fotosíntesis y las responsables de que la atmósfera terrestre se volviera oxidante hace unos 2400 millones de años.

Conviene distinguirlas de las bacterias purpúreas y verdes del azufre, que hacen fotosíntesis anoxigénica: emplean sulfuro de hidrógeno en lugar de agua como donador de electrones y desprenden azufre en vez de oxígeno.