Ejercicio resuelto de Fotosíntesis · Biología · La Rioja · 2022

Cuando hablamos de fijación de carbono en las plantas, decimos que existen plantas $\text{C}_3$, $\text{C}_4$ y CAM.

a) ¿Qué queremos decir con esto? [0,5 puntos]

b) ¿Qué es la fotorrespiración? [0,3 puntos]

c) ¿Hay alguna relación entre el tipo de planta y la fotorrespiración? [0,2 puntos]

$\textbf{a) ¿Qué queremos decir con esto? [0,5 puntos]}$

Nos referimos a cómo fija cada tipo de planta el $CO_2$ antes de llevarlo al ciclo de Calvin.

Las plantas $C_3$ lo fijan directamente con la rubisco en el ciclo de Calvin, y el primer compuesto estable que se forma es el ácido 3-fosfoglicérico, de tres carbonos, de donde viene el nombre. Es la vía original y la de la mayoría de las plantas: trigo, arroz, cebada, judía, patata y casi todos los árboles.

Las plantas $C_4$ hacen una fijación previa en las células del mesófilo con otra enzima, la PEP-carboxilasa, cuyo producto es el ácido oxalacético, de cuatro carbonos. Ese compuesto viaja hasta las células de la vaina del haz, donde se descarboxila y libera el $CO_2$ junto a la rubisco, que trabaja así rodeada de una concentración muy alta. Hay, por tanto, una separación espacial entre las dos fijaciones. Son $C_4$ el maíz, la caña de azúcar y el sorgo.

Las plantas CAM —de metabolismo ácido de las crasuláceas— hacen la misma doble fijación, pero separada en el tiempo: abren los estomas de noche, cuando el aire es fresco y húmedo, fijan el $CO_2$ con la PEP-carboxilasa y lo almacenan como ácido málico en la vacuola; de día, con los estomas cerrados para no perder agua, lo liberan para el ciclo de Calvin. Son CAM los cactus, la piña tropical y el agave.

$\textbf{b) ¿Qué es la fotorrespiración? [0,3 puntos]}$

Es un proceso en el que la rubisco, en lugar de fijar $CO_2$, une oxígeno a la ribulosa-1,5-bisfosfato, porque la enzima tiene también actividad oxigenasa.

De esa reacción sale una molécula de tres carbonos, útil, y otra de dos, el fosfoglicolato, que no sirve al ciclo de Calvin. Recuperarlo exige un rodeo por los peroxisomas y las mitocondrias en el que se pierde carbono como $CO_2$, se libera amoníaco que hay que volver a fijar y se gastan ATP y poder reductor.

En balance, la planta consume oxígeno y energía y desprende $CO_2$ sin obtener nada a cambio: justo lo contrario de la fotosíntesis, y de ahí el nombre. Se dispara cuando hace calor y la planta cierra los estomas, porque entonces dentro de la hoja baja el $CO_2$ y se acumula el $O_2$ que ella misma produce.

$\textbf{c) ¿Hay alguna relación entre el tipo de planta y la fotorrespiración? [0,2 puntos]}$

Sí, y es directa: las vías $C_4$ y CAM existen precisamente para evitarla.

Las plantas $C_3$ son las más afectadas, porque su rubisco está en contacto con el aire de los espacios intercelulares. En climas cálidos y secos la fotorrespiración puede costarles cerca de la cuarta parte de su producción.

En las $C_4$ y en las CAM, la PEP-carboxilasa —que no tiene afinidad por el oxígeno— actúa de bomba y descarga el $CO_2$ concentrado alrededor de la rubisco, ya sea en otro tejido o en otro momento del día. En esas condiciones la carboxilación gana siempre y la fotorrespiración es casi nula. Esa es la ventaja del maíz o de la caña de azúcar sobre el trigo en ambientes cálidos.