Ejercicio resuelto de Fotosíntesis · Biología · 2024

Respecto al proceso fotosintético:

A. Defina fotosistema e indique dos de sus componentes moleculares. [0,3 puntos]

B. Explique razonadamente la influencia de dos factores que modulen el proceso de la fotosíntesis. [0,2 puntos]

C. ¿En qué orgánulo y en qué parte concreta de este orgánulo sucede la fase de biosíntesis de glúcidos durante la fotosíntesis? [0,5 puntos] ¿Cómo se denomina la enzima más importante de esta ruta y cuál es su función? [0,5 puntos]

D. Según la hipótesis quimiosmótica de la fotofosforilación, ¿en qué zona del tilacoide se acumulan los $\text{H}^+$? [0,2 puntos] ¿Qué enzima lleva a cabo el proceso de síntesis de ATP y en qué parte del tilacoide se localiza? [0,3 puntos]

$\textbf{A. Defina fotosistema e indique dos de sus componentes moleculares. [0,3 puntos]}$

Un fotosistema es una unidad funcional situada en la membrana de los tilacoides del cloroplasto, formada por un conjunto de pigmentos fotosintéticos y proteínas cuya misión es captar la energía luminosa y convertirla en energía química transportada por electrones.

Consta de un complejo antena, con varios centenares de moléculas de pigmento que absorben los fotones y transmiten la energía por resonancia, y de un centro de reacción, con una molécula de clorofila $a$ especializada que es la que cede finalmente el electrón a un aceptor primario.

Dos de sus componentes moleculares son la clorofila $a$, pigmento del centro de reacción, y los carotenoides, pigmentos accesorios que amplían el intervalo de longitudes de onda aprovechables y protegen de la fotooxidación.

$\textbf{B. Explique razonadamente la influencia de dos factores que modulen el proceso de la fotosíntesis. [0,2 puntos]}$

La intensidad luminosa determina el rendimiento de la fase luminosa: al aumentar, crece el número de fotones captados y con él la producción de ATP y de $\text{NADPH}$, hasta que se alcanza el punto de saturación, en el que todos los fotosistemas están funcionando y el rendimiento se estabiliza. Con intensidades excesivas los pigmentos llegan a fotooxidarse y la actividad decae.

La concentración de dióxido de carbono influye sobre la fase de fijación: al aumentar, la rubisco dispone de más sustrato, la carboxilación de la ribulosa-1,5-bisfosfato predomina sobre la fotorrespiración y la síntesis de glúcidos se acelera, también hasta llegar a la saturación de la enzima.

Actúan asimismo la temperatura, ya que las reacciones están catalizadas por enzimas y tienen un óptimo térmico, y la disponibilidad de agua, que además de ser el dador de electrones regula la apertura de los estomas y con ello la entrada de $\text{CO}_2$.

$\textbf{C. ¿En qué orgánulo y en qué parte concreta de este orgánulo sucede la fase de biosíntesis de glúcidos durante la fotosíntesis? [0,5 puntos] ¿Cómo se denomina la enzima más importante de esta ruta y cuál es su función? [0,5 puntos]}$

Sucede en el cloroplasto, y dentro de él en el estroma, el medio interno que rodea a los tilacoides, donde se encuentran disueltas las enzimas del ciclo de Calvin junto con el ADN y los ribosomas del orgánulo.

La enzima más importante de esta ruta es la ribulosa-1,5-bisfosfato carboxilasa/oxigenasa, conocida como rubisco. Su función es catalizar la carboxilación, es decir, la fijación del $\text{CO}_2$ atmosférico sobre la ribulosa-1,5-bisfosfato, un compuesto de cinco carbonos; el compuesto de seis carbonos resultante es inestable y se escinde de inmediato en dos moléculas de ácido 3-fosfoglicérico. Es la reacción que incorpora el carbono inorgánico a la materia orgánica y, por ello, la más abundante de la biosfera.

$\textbf{D. Según la hipótesis quimiosmótica de la fotofosforilación, ¿en qué zona del tilacoide se acumulan los } \boldsymbol{\text{H}^{+}}\textbf{? [0,2 puntos] ¿Qué enzima lleva a cabo el proceso de síntesis de ATP y en qué parte del tilacoide se localiza? [0,3 puntos]}$

Los protones se acumulan en el espacio interior del tilacoide, el lumen o espacio intratilacoidal. Proceden en parte de la fotólisis del agua, que se produce en esa misma cara de la membrana, y en parte del bombeo que realiza la cadena transportadora de electrones desde el estroma hacia el interior. Se genera así un gradiente electroquímico de protones, o fuerza protón-motriz, entre el lumen y el estroma.

La enzima que sintetiza el ATP es la ATP sintasa o ATP sintetasa, también llamada complejo $\text{CF}_0-\text{CF}_1$. Se localiza en la propia membrana del tilacoide, atravesándola, con la cabeza catalítica $\text{CF}_1$ orientada hacia el estroma. Los protones vuelven al estroma a través de ella y la energía liberada en ese paso a favor de gradiente se emplea en fosforilar el ADP.