Ejercicio resuelto de Fase luminosa · Biología · 2021

En 1937, el bioquímico británico Robert Hill descubrió el mecanismo por el que los cloroplastos aislados en una solución acuosa producen $\text{O}_2$ al ser iluminados, aunque en el medio no haya $\text{CO}_2$; de este modo quedó establecido que la fotosíntesis se lleva a cabo en dos etapas, una dependiente de la luz y otra no. [1,5 puntos]

a) ¿En qué lugar del cloroplasto tiene lugar la fase luminosa? ¿De dónde procede el oxígeno liberado en esta fase?

b) Aparte del oxígeno, ¿qué otras dos importantes moléculas se producen en esta etapa? ¿Para qué se utilizarán en la fase oscura?

c) ¿Qué es la clorofila? ¿Qué papel juega en la fase luminosa?

$\textbf{a) ¿En qué lugar del cloroplasto tiene lugar la fase luminosa? ¿De dónde procede el oxígeno liberado en esta fase?}$

La fase luminosa se desarrolla en la membrana de los tilacoides, donde se encuentran los fotosistemas, la cadena de transporte electrónico y las ATP sintasas.

El oxígeno procede del agua. El experimento de Hill que cita el enunciado lo demuestra: unos cloroplastos iluminados en un medio sin $\text{CO}_2$ siguen desprendiendo oxígeno, de modo que este no puede venir del dióxido de carbono. Su origen es la fotólisis del agua, que aporta al fotosistema II los electrones que ha cedido a la cadena y libera $\text{O}_2$ y protones.

$\textbf{b) Aparte del oxígeno, ¿qué otras dos importantes moléculas se producen en esta etapa? ¿Para qué se utilizarán en la fase oscura?}$

Se producen ATP, por fotofosforilación, y NADPH, por reducción del $\text{NADP}^+$ al final del transporte no cíclico.

En la fase oscura, el ATP aporta la energía necesaria para fosforilar el ácido 3-fosfoglicérico y para regenerar la ribulosa-1,5-bisfosfato, y el NADPH aporta el poder reductor con el que ese ácido se reduce a gliceraldehído-3-fosfato. Sin ellas el ciclo de Calvin no puede funcionar, y en eso consiste precisamente la dependencia de la fase oscura respecto de la luminosa.

$\textbf{c) ¿Qué es la clorofila? ¿Qué papel juega en la fase luminosa?}$

La clorofila es el principal pigmento fotosintético. Está formada por un anillo de porfirina con un átomo de magnesio en el centro, que es el que absorbe la luz, y una larga cola hidrófoba de fitol que la ancla a la membrana del tilacoide. Absorbe sobre todo en el rojo y en el azul y refleja el verde, de ahí el color de las plantas.

En la fase luminosa desempeña dos papeles. La mayor parte de las moléculas de clorofila forman el complejo antena, que capta los fotones y transmite la energía por resonancia hasta el centro de reacción. Y en ese centro de reacción, una molécula concreta de clorofila $a$ ($\text{P}_{680}$ en el fotosistema II y $\text{P}_{700}$ en el I) es la que se excita hasta el punto de perder un electrón y cederlo al primer aceptor de la cadena. Es ahí donde la energía luminosa se convierte en energía química.