Ejercicio resuelto de Fotosíntesis · Biología · Asturias · 2025

Fotosíntesis y respiración son procesos inversos y complementarios. Mediante la fotosíntesis algunas células son capaces de sintetizar carbohidratos utilizando la energía solar y mediante la respiración casi todas las células son capaces de obtener energía a partir de los productos de la fotosíntesis.


1. Indique qué elementos derivan directamente de la fotolisis de una molécula de agua durante la fotosíntesis y para qué se utiliza cada uno de esos elementos. [1 punto]

2. Explique cómo y dónde se genera en una célula vegetal eucariota el gradiente electroquímico que permite transformar la energía luminosa en energía química. [1 punto]

3. Indique el nombre y la localización celular del enzima que cataliza el primer paso de la fijación del ${\text{CO}}_2$ en células vegetales eucariotas. [0,5 puntos]

$\mathbf{\text{1.}}\mathbf{\text{Indique}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{elementos}}\mathbf{\text{derivan}}\mathbf{\text{directamente}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{fotolisis}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{una}}\mathbf{\text{mol}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{cula}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{agua}}\mathbf{\text{durante}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{fotos}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{ntesis}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{para}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{utiliza}}\mathbf{\text{cada}}\mathbf{\text{uno}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{esos}}\mathbf{\text{elementos.}}\mathbf{\text{[1}}\mathbf{\text{punto]}}$

La fotolisis o fotólisis del agua ocurre en la cara luminal de la membrana tilacoidal, catalizada por el complejo productor de oxígeno asociado al fotosistema II, y rompe la molécula en tres elementos:

$2{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}⟶4{\mathrm{H}}^{+}+4{\mathrm{e}}^{-}+{\mathrm{O}}_2$

$\mathbf{\text{Electrones.}}$ Reponen los que ha perdido la clorofila del centro de reacción P680 al excitarse con la luz. Sin ellos el fotosistema II quedaría oxidado y el transporte se detendría; el agua es, por tanto, el dador último de electrones de la fotosíntesis oxigénica.

$\mathbf{\text{Protones.}}$ Quedan liberados dentro del lumen del tilacoide y contribuyen al gradiente electroquímico que la ATP-sintasa aprovechará para fabricar ATP. Al final de la cadena, además, son los que junto con los electrones reducen el $\mathrm{N}\mathrm{A}\mathrm{D}{\mathrm{P}}^{+}$ a NADPH en el estroma.

$\mathbf{\text{Ox}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{geno.}}$ Es un subproducto: la planta no lo usa en la fase luminosa y se libera a la atmósfera. Es el origen de todo el oxígeno atmosférico y lo que hizo posible la respiración aerobia.

$\mathbf{\text{2.}}\mathbf{\text{Explique}}\mathbf{\text{c}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{mo}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{d}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{nde}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{genera}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{una}}\mathbf{\text{c}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{lula}}\mathbf{\text{vegetal}}\mathbf{\text{eucariota}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{gradiente}}\mathbf{\text{electroqu}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{mico}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{permite}}\mathbf{\text{transformar}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{energ}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{luminosa}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{energ}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{mica.}}\mathbf{\text{[1}}\mathbf{\text{punto]}}$

Se genera a través de la $\mathbf{\text{membrana}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{tilacoides}}$ del cloroplasto, entre el estroma y el espacio tilacoidal o lumen, que es el compartimento que queda dentro del sáculo.

El mecanismo tiene tres aportaciones, y las tres acumulan protones en el lumen:

La $\mathbf{\text{fotolisis}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{agua}}$, que ocurre en la cara luminal del fotosistema II y suelta directamente allí sus protones.

El $\mathbf{\text{transporte}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{electrones}}$: excitada por la luz, la clorofila del P680 cede electrones que van pasando por la plastoquinona, el complejo de citocromos $b_{6}f$ y la plastocianina hasta el fotosistema I. La energía que se libera en ese descenso la usa el complejo de citocromos para $\mathbf{\text{bombear}}\mathbf{\text{protones}}$ desde el estroma al lumen, en contra de su gradiente.

La $\mathbf{\text{reducci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{del}}$ $\mathrm{N}\mathrm{A}\mathrm{D}{\mathrm{P}}^{+}$ en el estroma, que consume protones de ese lado y aumenta la diferencia.

El resultado es un lumen ácido y cargado positivamente frente a un estroma alcalino: un gradiente electroquímico de protones o fuerza protón-motriz, que es ya energía química almacenada. Los protones solo pueden volver al estroma por el canal de la ATP-sintasa, y ese flujo acopla la síntesis de ATP. A esto se le llama $\mathbf{\text{fotofosforilaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}$, y es la hipótesis quimiosmótica de Mitchell aplicada al cloroplasto.

$\mathbf{\text{3.}}\mathbf{\text{Indique}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{nombre}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{localizaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{celular}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{enzima}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{cataliza}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{primer}}\mathbf{\text{paso}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{fijaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{del}}$$\mathrm{<msub><mtext>CO</mtext><mn\; mathvariant="bold">2</mn></msub>}$$\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{c}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{lulas}}\mathbf{\text{vegetales}}\mathbf{\text{eucariotas.}}\mathbf{\text{[0,5}}\mathbf{\text{puntos]}}$

La enzima es la $\mathbf{\text{ribulosa-1,5-bisfosfato}}\mathbf{\text{carboxilasa/oxigenasa}}$, conocida por su abreviatura $\mathbf{\text{rubisco}}$. Cataliza la primera reacción del ciclo de Calvin: la unión del $\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$ a la ribulosa-1,5-bisfosfato, de cinco carbonos, para dar un compuesto inestable de seis que se escinde de inmediato en dos moléculas de ácido 3-fosfoglicérico.

Se localiza en el $\mathbf{\text{estroma}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{cloroplasto}}$, que es donde transcurre todo el ciclo de Calvin y adonde llegan el ATP y el NADPH producidos en la membrana tilacoidal.

Merece la pena añadir dos cosas: es probablemente la proteína más abundante de la biosfera, y su nombre completo recuerda que tiene también actividad oxigenasa —puede fijar ${\mathrm{O}}_2$ en lugar de $\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$—, lo que da lugar a la fotorrespiración y hace perder eficacia a la planta cuando la temperatura es alta.