Fotosíntesis

1.- Referente al proceso fotosíntético en organismos eucariotas:

a) Explique qué es un fotosistema (0,5 puntos).

SOL. Un fotosistema es un complejo de proteínas y pigmentos de la membrana tilacoidal de los cloroplastos en las que se produce la captación de la energía (complejo antena) y su utilización para liberar electrones de alta energía (centro activo).

*La incidencia de los fotones de luz sobre los fotosistemas da lugar a la liberación de electrones de alta energía que se emplean para obtener moléculas de NADPH a partir de NADP+. La energía liberada por estos electrones en la cadena de transporte se utiliza para sintetizar ATP a partir de ADP. Los electrones cedidos por las moléculas de clorofila de los fotosistemas son aportados por un dador de electrones, que en las plantas es el H2O, molécula que en esta fase se oxida y produce la liberación de O2 característica de la fotosíntesis oxigénica.

b) Explique la finalidad y cuáles son las principales etapas del Ciclo de Calvin (1 punto).

SOL. Finalidad. El ciclo de Calvin se produce en el estroma del cloroplasto, donde el CO2 se une a una molécula orgánica, antes de su reducción por acción del NADPH, en un proceso cíclico que conduce a la síntesis de glucosa.

Etapas.

-          En una primera fase se produce la FIJACIÓN de CO2 mediante la acción de la enzima rubisco sobre un compuesto aceptor (la ribulosa-1.5-difosfato o RuBP) para formar dos moléculas de ácido 3-fosfoglicérico. Estas dos moléculas son fosforiladas por el ATP para formar dos moléculas de ácido 1,3-bis fosfoglicérico.

-    En la segunda fase, cada molécula de ácido 1,3-bis fosfoglicérico es REDUCIDA por acción del NADPH, con lo que se forman dos moléculas de gliceraldehído-3-fosfato.

-         En la tercera fase, el gliceraldehído-3-fosfato que no ha migrado al citosol se utiliza para REGENERAR el compuesto aceptor RuBP. Es un complejo proceso con numerosos intermediarios en el que por cada dos moléculas de gliceraldehído-3-fosfato se forma una molécula de ribulosa 5-fosfato. Ésta será transformada en RuBP con gasto de una nueva molécula de ATP.

-         El átomo de carbono no utilizado en la regeneración de la RuBP corresponde al carbono del CO2 que ha sido reducido. Por cada 3CO2 fijados se formaría una triosa, y si son 6, una molécula de glucosa.

c) Indique el gasto de NADPH y de ATP en el Ciclo de Calvin para sintetizar una molécula de glucosa (0,5puntos).

SOL. Para sintetizar una molécula de glucosa se necesitan 6 vueltas del ciclo de Calvin puesto que en cada una de ellas se reduce una molécula de CO2. Por cada CO2 fijado se gastan 3ATP y 2NADPH. Como para la formación de una molécula de glucosa (molécula que contiene 6C) necesitamos 6 CO2, el gasto total es de 18ATP y 12NADPH.

2. - En relación a la fotosíntesis:

a) ¿Qué es un fotosistema y cuál es su función? ¿Qué papel tiene la clorofila dentro del fotosistema?

SOL. Los fotosistemas son las unidades de la membrana tilacoidal en las que se produce la captación de la energía (complejo antena) y su utilización para liberar electrones de alta energía (centro reactivo). Explicado con más detalle en la pregunta anterior.

La clorofila es el pigmento que capta la luz solar con el máximo aprovechamiento. Se encuentra en el complejo antena.

b) ¿Para qué necesitan agua los cloroplastos?

SOL. Los cloroplastos necesitan un dador de electrones para cubrir los huecos electrónicos del centro activo del fotosistema II, que en las plantas es el agua.

c) ¿Qué papeles cumple el transporte de electrones en la fase lumínica de la fotosíntesis?

SOL. El paso de los electrones desde un fotosistema al otro a lo largo de la cadena de transporte libera energía. Ésta se utiliza para sintetizar ATP a partir de ADP y fosfato en un proceso conocido como fotofosforilación.

El objetivo final de esta primera fase, la fase lumínica, es que el NADPH y el ATP formados puedan ser empleados para reducir moléculas sencillas como el CO2 para dar lugar a moléculas más complejas, en este caso, glucosa.

d) ¿Cuántas moléculas de CO2 se tendrán que incorporar al ciclo de Calvin para dar lugar a una molécula de glucosa?

SOL. Como la molécula de glucosa tiene 6 átomos de carbono se necesitarán 6 moléculas de CO2.

3.- Respecto al ciclo de Calvin:

a) Indique las etapas del mismo. (3)

SOL. Explicados en una pregunta anterior. Etapas de fijación, reducción y regeneración.

b) ¿En qué orgánulo se produce y dentro de qué compartimento? (2)

SOL. Se produce en el estroma del cloroplasto.

c) ¿Qué productos resultantes de la fase lumínica de la fotosíntesis abastecen el ciclo de Calvin? (2) SOL. El NADPH y el ATP.

d) Para sintetizar una molécula de glucosa ¿Cuántas moléculas de CO2, ATP y NADPH son necesarias? (3)

SOL. Para sintetizar una molécula de glucosa se necesitan 6 vueltas del ciclo de Calvin puesto que en cada una de ellas se reduce una molécula de CO2. Por cada CO2 fijado se gastan 3ATP y 2NADPH. Como para la formación de una molécula de glucosa (molécula que contiene 6C) necesitamos 6 CO2, el gasto total es de 18ATP y 12NADPH.

1.- Con referencia al metabolismo celular:

a) Identifique el proceso metabólico que corresponde a cada una de las siguientes reacciones generales (0,5 puntos):

1. glucosa + O2 → CO2 + H2O + Energía

2. CO2 + H2O + Luz → Glucosa + O2

SOL. El proceso 1 corresponde a la respiración celular y el proceso 2 corresponde a la fotosíntesis.

b) Explique razonadamente si los procesos identificados en el apartado anterior son procesos anabólicos o catabólicos (0,5 puntos).

SOL. La respiración celular es un proceso catabólico. Son reacciones de degradación de moléculas relativamente complejas (procedentes del medio extracelular o de sus depósitos de reserva propios) que son transformadas en moléculas más simples. Las reacciones catabólicas van acompañadas por la liberación de energía.

La fotosíntesis por el contrario es un proceso anabólico. Es decir, son reacciones de síntesis de moléculas relativamente complejas a partir de moléculas precursoras más sencillas. Las reacciones anabólicas requieren el aporte de energía.

c) Defina el proceso de fotofosforilación, indicando sus tipos y los productos que se originan en cada uno de ellos (1 punto).

SOL. La fotofosforilación o síntesis de ATP en el cloroplasto se explica mediante la hipótesis quimiosmótica de Mitchell, de forma muy semejante a como sucede en la mitocondria.

El transporte de electrones en la cadena transportadora de la membrana tilacoidal produce el bombeo de protones desde el estroma hacia el espacio tilacoidal a nivel del complejo citocromo b₆-f, lo que genera un gradiente electroquímico. El flujo de protones a favor del gradiente desde el espacio tilacoidal hasta el estroma, a través del canal de protones de la ATP sintasa, activa la síntesis de ATP a partir de ADP y fosfato.

Esta fotofosforilación puede ser de dos tipos:

-      Fotofosforilación no cíclica. Los dos fotosistemas PSI y PSII presentes en la membrana tilacoidal pueden actuar en serie, con lo que se produce un flujo lineal de electrones desde la molécula de agua hasta el NADP+, que es reducido a NADPH. Existe en primer lugar fotólisis de agua con desprendimiento de oxígeno (fundamental para la vida), electrones y protones. Además, la energía liberada se utiliza como hemos citado para sintetizar ATP a partir de ADP y fosfato.

-          Fotofosforilación cíclica. En ella sólo interviene el PSI, creándose un flujo de electrones que, en cada vuelta, da lugar a síntesis de ATP. Sin embargo, no hay fotólisis del agua y tampoco se genera NADPH. Tampoco se desprende por lo tanto oxígeno. Su finalidad es generar más ATP imprescindible para realizar la fase oscura posterior.