Ejercicio resuelto de Fotosíntesis · Biología · Navarra · 2021

Las cuatro siguientes reacciones se asocian a un mismo proceso metabólico:

Fotolisis del $\text{H}_{2}\text{O}$, reducción del $\text{NADP}^{+}$, síntesis de ATP, fijación del $\text{CO}_{2}$ por la ribulosa 1,5-bisfosfato

a) ¿De qué proceso metabólico hablamos?
b) ¿En qué orgánulo se lleva a cabo?
c) Globalmente ¿es un proceso exergónico o endergónico? ¿Por qué?
d) ¿En qué fase de este proceso se produce cada una de las reacciones?
e) ¿En qué compartimento del orgánulo se da cada reacción?

$\textbf{a) ¿De qué proceso metabólico hablamos?}$

De la fotosíntesis, y concretamente de la fotosíntesis oxigénica que realizan las plantas, las algas y las cianobacterias.

$\textbf{b) ¿En qué orgánulo se lleva a cabo?}$

En el cloroplasto, orgánulo de doble membrana propio de las células vegetales y de las algas. En las cianobacterias, que son procariotas y carecen de cloroplastos, el proceso se realiza en membranas tilacoidales libres en el citoplasma.

$\textbf{c) Globalmente ¿es un proceso exergónico o endergónico? ¿Por qué?}$

Globalmente es endergónico: consume energía.

La razón es que se parte de moléculas inorgánicas muy oxidadas y estables —$\text{CO}_2$ y agua— y se obtiene una molécula orgánica reducida y rica en energía, la glucosa. Reducir el carbono exige un aporte energético considerable, que en este caso procede de la luz. Se trata, por tanto, de un proceso anabólico, y la energía luminosa queda almacenada en forma de energía química en los enlaces de la materia orgánica.

$\textbf{d) ¿En qué fase de este proceso se produce cada una de las reacciones?}$

La fotólisis del agua, la reducción del $\text{NADP}^{+}$ y la síntesis de ATP pertenecen a la fase luminosa. La fotólisis proporciona los electrones que repondrán los que la clorofila ha cedido, y libera oxígeno y protones; el flujo de electrones a lo largo de la cadena genera el gradiente de protones que la ATP-sintasa aprovecha para fabricar ATP, y termina reduciendo el $\text{NADP}^{+}$ a NADPH.

La fijación del $\text{CO}_2$ por la ribulosa-$1{,}5$-bisfosfato pertenece a la fase oscura o ciclo de Calvin. Es la reacción que cataliza la rubisco y con la que el carbono inorgánico se incorpora a la materia orgánica, consumiendo el ATP y el NADPH producidos en la fase anterior.

$\textbf{e) ¿En qué compartimento del orgánulo se da cada reacción?}$

Las tres reacciones de la fase luminosa se dan en la membrana de los tilacoides, donde se sitúan los fotosistemas, la cadena de transporte electrónico y la ATP-sintasa. Conviene precisar que la fotólisis del agua ocurre en la cara interna de esa membrana, vertiendo los protones al lumen tilacoidal, y que la ATP-sintasa los devuelve al estroma, que es donde se acumula el ATP.

La fijación del $\text{CO}_2$ se da en el estroma, el medio acuoso que rodea a los tilacoides y donde se encuentran disueltas la rubisco y las demás enzimas del ciclo de Calvin.