Ejercicio resuelto de Fotosíntesis · Biología · Aragón · 2023

Se plantó un arbusto en una campana en la que se registraban los niveles de gases presentes en el ambiente, tal y como muestra la gráfica: [2 puntos]



a) Entre el minuto 5 y 15 se aplicó luz y se observó un aumento de oxígeno. ¿En qué localización celular se origina? Sea lo más concreto posible. [0,2 puntos]

b) Explique brevemente cuál es el origen de ese oxígeno y qué relación tiene con la presencia de luz. [0,4 puntos]

c) Al mismo tiempo se observó un descenso del $\text{CO}_{2}$. ¿Cómo se llama la ruta metabólica que lo explicaría? ¿Dónde se produce? Cite dos productos de dicha ruta. [0,6 puntos]

d) Durante la fase de oscuridad la cantidad de oxígeno disminuyó y la de $\text{CO}_{2}$ aumentó, ¿a qué procesos metabólicos concretos podrían deberse estos cambios y en qué orgánulo se producen? [0,6 puntos]

e) Durante el periodo en el que hay luz, ¿se siguen llevando a cabo los procesos citados en el apartado anterior? Razónelo. [0,2 puntos]

$\textbf{a) Entre el minuto 5 y 15 se aplicó luz y se observó un aumento de oxígeno. ¿En qué localización celular se origina? Sea lo más concreto posible. [0,2 puntos]}$

Se origina en el cloroplasto y, concretando al máximo, en la membrana de los tilacoides, en el fotosistema II, que es donde se encuentra el complejo que rompe el agua.

$\textbf{b) Explique brevemente cuál es el origen de ese oxígeno y qué relación tiene con la presencia de luz. [0,4 puntos]}$

El oxígeno procede de la rotura de la molécula de agua, un proceso llamado fotólisis del agua.

Su relación con la luz es directa y necesaria. Cuando la luz incide sobre el fotosistema II, la clorofila de su centro de reacción (P680) se excita y cede sus electrones a un aceptor primario, iniciando la cadena de transporte fotosintético. El fotosistema queda entonces con un déficit de electrones que ha de reponer, y los toma precisamente del agua: la molécula de agua se descompone en electrones, que repueblan el fotosistema II, protones, que se acumulan en el interior del tilacoide y contribuyen al gradiente que impulsa la síntesis de ATP, y oxígeno, que se libera como producto de desecho.

Sin luz no hay excitación del fotosistema, no hay déficit de electrones y, por tanto, no hay fotólisis ni desprendimiento de oxígeno. Por eso la gráfica muestra que el oxígeno solo aumenta durante el intervalo iluminado.

$\textbf{c) Al mismo tiempo se observó un descenso del } \text{CO}_{2}\textbf{. ¿Cómo se llama la ruta metabólica que lo explicaría? ¿Dónde se produce? Cite dos productos de dicha ruta. [0,6 puntos]}$

La ruta es el ciclo de Calvin, también llamado fase oscura o fase de fijación del carbono de la fotosíntesis. En él la enzima rubisco fija el CO$_2$ atmosférico uniéndolo a la ribulosa-1,5-bisfosfato, y de ahí que el dióxido de carbono de la campana disminuya mientras hay luz.

Se produce en el estroma del cloroplasto.

Dos de sus productos son el gliceraldehído-3-fosfato, la triosa a partir de la cual se sintetizan la glucosa y los demás compuestos orgánicos, y el NADP$^+$ oxidado, que vuelve a la fase luminosa para recargarse. También sería válido citar el ADP y el fosfato inorgánico que se liberan al consumirse el ATP.

$\textbf{d) Durante la fase de oscuridad la cantidad de oxígeno disminuyó y la de } \text{CO}_{2} \textbf{ aumentó, ¿a qué procesos metabólicos concretos podrían deberse estos cambios y en qué orgánulo se producen? [0,6 puntos]}$

Ambos cambios se explican por la respiración celular, que la planta realiza igual que cualquier otro ser vivo aerobio.

El aumento del CO$_2$ se debe al ciclo de Krebs y a la descarboxilación oxidativa previa del piruvato: en esas reacciones los carbonos de las moléculas orgánicas se oxidan por completo y se liberan en forma de dióxido de carbono.

El descenso del O$_2$ se debe a la cadena respiratoria o cadena de transporte de electrones, donde el oxígeno actúa como aceptor final de los electrones y se reduce a agua.

Ambos procesos tienen lugar en la mitocondria: el ciclo de Krebs en la matriz mitocondrial y la cadena de transporte en la membrana mitocondrial interna.

En la oscuridad estos cambios se hacen visibles porque la fotosíntesis está detenida y no compensa el consumo de oxígeno ni la producción de dióxido de carbono.

$\textbf{e) Durante el periodo en el que hay luz, ¿se siguen llevando a cabo los procesos citados en el apartado anterior? Razónelo. [0,2 puntos]}$

Sí. La respiración celular es un proceso continuo, que la célula vegetal mantiene día y noche porque necesita ATP de manera constante para todas sus funciones.

Lo que ocurre es que durante la iluminación la fotosíntesis es mucho más intensa que la respiración: produce más oxígeno del que la respiración consume y fija más CO$_2$ del que esta libera. Por eso el balance neto que registra la gráfica es un aumento de oxígeno y un descenso de dióxido de carbono, aunque la respiración siga funcionando por debajo.