Ejercicio resuelto de Fotosíntesis · Biología · La Rioja · 2023

Para su estudio el proceso fotosintético se ha dividido tradicionalmente en dos fases, la llamada «fase luminosa» y la llamada «fase oscura», pero:

a) ¿Por qué llamamos así a cada una de estas fases? [0,5 puntos]

b) Explique y justifique cuándo se produce cada una de ellas a lo largo de un ciclo de 24 h con horas de luz y oscuridad. [0,5 puntos]

$\textbf{a) ¿Por qué llamamos así a cada una de estas fases? [0,5 puntos]}$

Los nombres no aluden al momento del día, sino a si las reacciones necesitan la luz de forma directa o no.

La fase luminosa se llama así porque depende directamente de la luz. En ella, los fotones excitan a las clorofilas de los fotosistemas situados en la membrana de los tilacoides, se produce la fotólisis del agua y el transporte de electrones que genera ATP y NADPH, y se desprende oxígeno. Sin luz no ocurre en absoluto.

La fase oscura recibió ese nombre porque sus reacciones —las del ciclo de Calvin, en el estroma del cloroplasto— no utilizan la luz de forma directa: la rubisco fija el $CO_2$ y lo reduce a materia orgánica gastando el ATP y el NADPH que la fase luminosa ha fabricado.

El nombre es engañoso y por eso hoy se prefiere llamarla fase biosintética o de fijación del carbono: que no necesite luz no significa que necesite oscuridad.

$\textbf{b) Explique y justifique cuándo se produce cada una de ellas a lo largo de un ciclo de 24 h con horas de luz y oscuridad. [0,5 puntos]}$

Las dos fases se producen de día y a la vez.

La fase luminosa solo puede darse mientras hay luz, y se detiene en cuanto esta falta. Eso es evidente.

Lo que suele sorprender es que la fase oscura también sea diurna, y la razón es que depende por completo de la otra: consume el ATP y el NADPH que la fase luminosa produce, y esos productos no se acumulan en cantidad apreciable en el estroma. Al faltar la luz se agotan en pocos minutos y el ciclo de Calvin se detiene con ellos.

Hay además una segunda razón, de regulación: varias enzimas del ciclo de Calvin, entre ellas la propia rubisco, se activan por la luz a través del sistema ferredoxina-tiorredoxina y de los cambios de pH y de concentración de magnesio que la fase luminosa provoca en el estroma. De noche quedan inactivas, y eso evita que el ciclo funcione en balde consumiendo el ATP de la respiración.

Por tanto, en un ciclo de 24 horas, una planta $C_3$ fotosintetiza durante el día —ambas fases simultáneamente— y durante la noche solo respira, consumiendo parte de la materia orgánica que ha fabricado. Distinto es el caso de las plantas CAM, que abren los estomas de noche y fijan entonces el $CO_2$ como ácido málico, aunque el ciclo de Calvin propiamente dicho lo completan igualmente de día.