Ejercicio resuelto de Fotosíntesis · Biología · Cantabria · 2024

Durante la fotosíntesis la luz excita los electrones del fotosistema II, que son transferidos a la cadena transportadora electrónico. ¿Cómo se llama el proceso que se encarga de reponer dichos electrones? Dibuje su reacción global. ¿Qué biomoléculas se forman en las fases luminosas acíclica y cíclica, respectivamente? ¿Cuál es la molécula aceptora de $\text{CO}_2$ en el ciclo de Calvin y qué enzima cataliza la fijación de dicho gas? Indique por último, los grupos de organismos que presentan fotosíntesis oxigénica. [1,25 puntos]

$\textbf{¿Cómo se llama el proceso que se encarga de reponer dichos electrones? Dibuje su reacción global. ¿Qué biomoléculas se forman en las fases luminosas acíclica y cíclica, respectivamente? ¿Cuál es la molécula aceptora de }$$\text{CO}_2$$\textbf{ en el ciclo de Calvin y qué enzima cataliza la fijación de dicho gas? Indique por último, los grupos de organismos que presentan fotosíntesis oxigénica. [1,25 puntos]}$

El proceso que repone los electrones del fotosistema II se llama FOTÓLISIS DEL AGUA, o fotooxidación del agua, y también reacción de Hill. Lo realiza un complejo con átomos de manganeso asociado al fotosistema II y orientado hacia el interior del tilacoide: arranca los electrones al agua y con ellos rellena el hueco que ha dejado la clorofila al ceder los suyos a la cadena transportadora.

Su reacción global es:

$2\,\text{H}_2\text{O} \longrightarrow \text{O}_2 + 4\,\text{H}^+ + 4\,e^-$

o, para una sola molécula de agua:

$\text{H}_2\text{O} \longrightarrow \tfrac{1}{2}\,\text{O}_2 + 2\,\text{H}^+ + 2\,e^-$

Los electrones van a la clorofila, los protones se quedan en el lumen del tilacoide y contribuyen al gradiente que después mueve la ATP sintasa, y el oxígeno se libera como subproducto. Este es, por tanto, el origen del oxígeno atmosférico, algo que se demostró marcando el agua con oxígeno-18.

En cuanto a las biomoléculas que se forman en cada transporte:

$$	$\text{Transporte acíclico}$	$\text{Transporte cíclico}$
Fotosistemas	Intervienen el II y el I	Solo el I
Recorrido de los electrones	Abierto: del agua al $\text{NADP}^+$	Cerrado: vuelven al citocromo
Se forma	ATP y NADPH	Solo ATP
Se libera	Oxígeno	Nada

El transporte ACÍCLICO produce ATP y NADPH, y además libera oxígeno, porque al ser un flujo abierto obliga a reponer electrones fotolizando agua. El transporte CÍCLICO produce solo ATP: los electrones del fotosistema I regresan al citocromo en lugar de reducir el $\text{NADP}^+$, de modo que no hay poder reductor ni desprendimiento de oxígeno. La célula recurre al cíclico cuando el ciclo de Calvin le pide más ATP del que el acíclico le da, es decir, para ajustar la proporción entre las dos monedas.

La molécula aceptora del dióxido de carbono en el ciclo de Calvin es la RIBULOSA-1,5-BISFOSFATO, un azúcar de cinco carbonos con dos grupos fosfato. Y la enzima que cataliza la fijación es la ribulosa-1,5-bisfosfato carboxilasa-oxigenasa, la RUBISCO, considerada la proteína más abundante de la biosfera. El producto inmediato es un compuesto inestable de seis carbonos que se escinde de inmediato en dos moléculas de ácido 3-fosfoglicérico:

$\text{Ribulosa-}1,5\text{-bisfosfato} + \text{CO}_2 \longrightarrow 2\ \text{\'acido }3\text{-fosfoglic\'erico}$

Por último, los grupos de organismos que presentan fotosíntesis oxigénica —la que utiliza agua como dador de electrones y libera oxígeno— son tres: las PLANTAS, las ALGAS, tanto pluricelulares como unicelulares, y las CIANOBACTERIAS, únicos procariotas que la realizan y responsables de haber oxigenado la atmósfera terrestre hace unos 2.400 millones de años. Las demás bacterias fotosintéticas —sulfobacterias purpúreas y verdes— hacen fotosíntesis ANOXIGÉNICA: usan sulfuro de hidrógeno u otros compuestos en lugar de agua, tienen un solo fotosistema y no desprenden oxígeno, sino azufre.