Ejercicio resuelto de Fotosíntesis · Biología · 2021

Metabolismo de las plantas.

a) ¿Cuál es el principal proceso anabólico y el principal proceso catabólico en las plantas? Resuma en 3-4 líneas cada uno de los dos procesos.

b) El médico y químico belga Jan Baptista Van Helmont (1577-1644) estudió la nutrición de las plantas. Él mismo relató la experiencia:

«Puse en una maceta 90 kg de tierra seca, la regué y planté en ella un sauce de 2,25 kg. Periódicamente lo regué con agua de lluvia. Al cabo de 5 años se había hecho grande y pesaba 77 kg. Entonces pesé de nuevo la tierra de la maceta, seca, y comprobé que ahora pesaba 89,94 kg. Es decir, más de 74 kg de tronco, ramas y hojas se habían formado solo de agua.»

Conteste las preguntas siguientes y razone las respuestas:

b1) ¿Tenía razón Van Helmont en su interpretación de los resultados?

b2) ¿De dónde provenía la materia que había ganado el sauce?

b3) En el siglo siguiente, Josh Priestley, que también estudió el tema, afirmó que «Las plantas regeneran el aire viciado por la respiración de los animales». ¿Qué quería decir con esto?

$\textbf{8. Metabolismo de las plantas (2 puntos)}$

$\textbf{a) ¿Cuál es el principal proceso anabólico y el principal proceso catabólico en las plantas? Resuma en 3-4 líneas cada uno de los dos procesos.}$

El principal proceso anabólico es la fotosíntesis. Ocurre en los cloroplastos y consta de dos fases. En la fase luminosa, en los tilacoides, la luz excita las clorofilas, se produce la fotólisis del agua con desprendimiento de $\text{O}_2$ y los electrones recorren una cadena de transporte que permite sintetizar ATP y NADPH. En la fase oscura o ciclo de Calvin, en el estroma, la rubisco fija el $\text{CO}_2$ sobre la ribulosa-1,5-bisfosfato y, con el ATP y el NADPH anteriores, se sintetizan gliceraldehído-3-fosfato y a partir de él glucosa y demás moléculas orgánicas.

El principal proceso catabólico es la respiración celular aerobia. Ocurre en el citosol y en las mitocondrias, y oxida por completo la glucosa hasta $\text{CO}_2$ y agua. Comprende la glucólisis en el citosol, la descarboxilación oxidativa del piruvato y el ciclo de Krebs en la matriz mitocondrial, y la cadena de transporte electrónico y la fosforilación oxidativa en la membrana interna, con el oxígeno como aceptor final. Rinde unas treinta moléculas de ATP por glucosa y funciona de día y de noche en todos los tejidos de la planta.

$\textbf{b1) ¿Tenía razón Van Helmont en su interpretación de los resultados?}$

No tenía razón, aunque su experimento fue excelente y su conclusión negativa era acertada.

Lo que Van Helmont demostró bien es que la planta no se alimenta del suelo: en cinco años el sauce ganó unos $74{,}75\ \text{kg}$ mientras que la tierra solo perdió $0{,}06\ \text{kg}$, una cantidad ridícula en comparación. Ese resultado desmontó la idea, dominante en su época, de que las plantas comen tierra.

Su error fue la conclusión positiva. Al comprobar que lo único que él había añadido era agua, dedujo que toda la materia nueva procedía del agua. La deducción no es válida, porque Van Helmont no tuvo en cuenta el aire: en el siglo XVII no se conocía la composición de la atmósfera ni se sospechaba que un gas pudiera incorporarse a un sólido. Además, tampoco pesó la pequeña cantidad de sales minerales que la planta sí toma del suelo, lo que explica la ligera pérdida de peso de la tierra.

$\textbf{b2) ¿De dónde provenía la materia que había ganado el sauce?}$

Casi toda del dióxido de carbono del aire, y en menor medida del agua y de las sales minerales del suelo.

El razonamiento es el siguiente. La biomasa vegetal seca está formada sobre todo por glúcidos, en especial celulosa, cuya fórmula empírica es $(\text{CH}_2\text{O})_n$: el esqueleto de carbono es la mayor parte de la masa, y ese carbono solo puede proceder del $\text{CO}_2$ que la planta capta por los estomas y fija en el ciclo de Calvin. El agua aporta los átomos de hidrógeno, y también los electrones de la fase luminosa, además de constituir la mayor parte del peso fresco de la planta. Del suelo, la planta toma únicamente agua y sales minerales —nitratos, fosfatos, potasio, magnesio—, que suponen apenas un pequeño porcentaje de la materia seca, y esa es exactamente la cantidad que Van Helmont vio desaparecer de su maceta.

En resumen, el sauce se construyó en su mayor parte con aire, y el propio experimento de Van Helmont, bien interpretado, lo demuestra: la tierra apenas perdió peso.

$\textbf{b3) En el siglo siguiente, Josh Priestley, que también estudió el tema, afirmó que «Las plantas regeneran el aire viciado por la respiración de los animales». ¿Qué quería decir con esto?}$

Priestley describía, sin saberlo, el intercambio de gases entre la fotosíntesis y la respiración.

Sus experimentos consistían en encerrar un ratón bajo una campana de vidrio: el animal acababa muriendo y una vela no ardía en ese aire, que él llamó viciado. Si en cambio metía una planta bajo la campana, el aire volvía a permitir la combustión de la vela y la supervivencia del ratón.

En lenguaje actual, lo que ocurría es que el animal consumía el oxígeno y desprendía $\text{CO}_2$ en su respiración celular, y la planta hacía lo contrario: fijaba ese $\text{CO}_2$ en la fotosíntesis y liberaba $\text{O}_2$ procedente de la fotólisis del agua. Es decir, la planta restituía el oxígeno que el animal había gastado.

Conviene añadir dos precisiones que Priestley no podía conocer. La primera es que hacía falta luz: en la oscuridad la planta también respira y consume oxígeno, y de hecho sus experimentos solo funcionaban con la campana iluminada. La segunda es que las plantas no dejan de respirar nunca; lo que ocurre es que con luz suficiente la fotosíntesis supera a la respiración y el balance neto es de producción de oxígeno.