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7.3.2. La fotosintesis

Anabolismo fotoautótrofo: la fotosíntesis

La fotosíntesis es el proceso por el que los organismos fotoautótrofos o fotolitótrofos captan la energía de la luz solar y la transforman en energía química (ATP) que utilizan para sintetizar materia orgánica a partir de otros compuestos inorgánicos más sencillos.

Estos organismos fotosintéticos (bacterias, algas, plantas), a partir de la luz de sol, producen energía química (ATP) y poder reductor (NADPH), transformando el agua y el dióxido de carbono de la atmósfera en glúcidos. También se produce oxígeno, que será utilizado en la respiración de plantas y animales. Además, el ATP y el NADPH se utilizarán para reducir y asimilar otros bioelementos, como el N y S.

La energía de la luz solar provoca el paso de electrones de unas moléculas a otras. El agua es el primer donante de electrones, y el CO2 el que recibirá estos electrones. El CO2 se combina con otras moléculas y forma un glúcido de tres carbonos (gliceraldehído-3-fosfato), a partir del cual se originarán otras moléculas orgánicas que las plantas necesitan como fuente de energía y para su desarrollo.


La fotosíntesis se realiza gracias a unos pigmentos fotosintéticos (clorofilas y carotenoides) que pueden captar la energía luminosa. Cuando un fotón impacta con un electrón de un pigmento fotosintético, el electrón se excita a un nivel de energía superior, en una posición más alejada del núcleo, pudiendo perderse y quedar oxidado ese átomo. La molécula que le cederá otro electrón a ese átomo se llama primer dador de electrones, y los electrones que se han perdido, cargados con la energía del fotón, van a otra molécula denominada primer aceptor de electrones, pasando después por una serie de moléculas que los captan (se reducen) y ceden (se oxidan) sucesivamente, liberando energía que es aprovechada por la enzima ATP-sintasa para formar ATP, y quedar almacenada en sus enlaces éster-fosfóricos.

Se distinguen dos tipos de procesos fotosintéticos: la fotosíntesis oxigénica y la fotosíntesis anoxigénica.

  • La fotosíntesis oxigénica (es la que vamos a estudiar en este tema) es característica de las plantas superiores, algas y cianobacterias, en las que el dador de electrones es el agua (fotólisis del agua), y como consecuencia, se desprende oxígeno.
  • La fotosíntesis anoxigénica es característica de las bacterias purpúreas y verdes del azufre, en las que el dador de electrones no es el agua, sino, generalmente, el sulfuro de hidrógeno, H2S, por lo que no se desprende oxígeno.


Papel del agua en la fotosíntesis

La fotólisis del agua consiste en la ruptura de la molécula de agua por acción de la luz. 

En la fotólisis del agua se liberan protones, oxígeno y electrones. Los electrones entrarán en la cadena transportadora de electrones fotosintética para producir ATP y NADPH.

Organismos fotosintéticos

Pregunta

¿Qué organismos realizan la fotosíntesis?. Señala todas las opciones correctas.

Respuestas

Plantas.

Hongos.

Animales.

Algas.

Todas las bacterias.

Algunas bacterias.

Retroalimentación

By DARTORIUS (Own work) [GFDL or CC BY 3.0], via Wikimedia Commons

Por la fotosíntesis, las células pueden utilizar la energía del sol para transformarla en energía química que se almacena y se aprovecha, posteriormente, para sintetizar los principios inmediatos. La fotosíntesis se realiza en los cloroplastos.

La fotosíntesis consta de dos etapas:

  • La fase luminosa (mejor denominarla fotoquímica) se desarrolla en las membranas tilacoidales, y consta de una serie de reacciones químicas que dependen de la luz. Los fotones de luz al llegar a los fotosistemas, provocan la liberación de electrones que sirven para reducir NADP+ a NADPH. Además, se ha liberado oxígeno procedente de las moléculas de agua. Con la energía de estos electrones, obtenida en la cadena transportadora de electrones, se sintetiza ATP a partir de ADP, en un proceso denominado fotofosforilación.

En la fase fotoquímica, a partir de la energía lumínica del sol, se genera energía química en forma de ATP y poder reductor (en forma de NADPH) y se libera O2.

En la fase biosintética, a partir de moléculas inorgánicas sencillas (CO2, H2O) y utilizando el poder reductor (NADPH) y la energía (ATP) de la fase lumínica, se sintetizan moléculas orgánicas más complejas (glucosa) mediante una serie de reacciones llamadas ciclo de Calvin.

Actividad basada en Aragón, Junio de 2021, pregunta 2 y Castilla y León, Julio de 2022, pregunta 8

Especifica a qué fase, sustrato o producto corresponden los números 1 a 6.

Los números corresponden a:

  • 1,
  • 2,
  • 3,
  • 4,
  • 5,
  • 6,  .

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Preguntas que han salido en exámenes de acceso a la Universidad (Selectividad, EBAU, EvAU)

Aragón. Septiembre de 2017, opción A, cuestión 2.

Diferencias: (2,5 puntos)

d) Indicar tres diferencias entre respiración interna y fotosíntesis. (0,75 puntos)

Aragón. Septiembre de 2014, opción A, cuestión 5.

Defina los siguientes procesos:

a) Glucolisis, fermentación (0,5 puntos)

b) Fosforilación oxidativa, (0,5 puntos)

c) Fotosíntesis, (0,5 puntos)

d) Indique en que tipos de células eucarióticas y en qué lugar de las mismas se realizan los procesos de los apartados a, b y c. (0,5 puntos).

Andalucía, Junio de 2014, opción A, cuestión 5.

A un laboratorio de microbiología llegan cuatro muestras. Una contiene algas, otra bacterias, otra hongos y otra protozoos. Tras el análisis correspondiente, se obtienen los siguientes resultados: la muestra 1 contiene microorganismos que pueden realizar fotosíntesis y presentan ribosomas solo del tipo 70S; la muestra 2 contiene microorganismos unicelulares y pluricelulares de nutrición heterótrofa; la muestra 3 contiene microorganismos eucarióticos exclusivamente unicelulares; la muestra 4 contiene microorganismos autótrofos que se dividen por mitosis. Identifique razonadamente el tipo de microorganismo que hay en cada muestra [1].

Comunidad Valenciana, Julio de 2019, opción A, bloque 2, cuestión 4

a) ¿Cómo se denomina el principal proceso biológico mediante el cual algunos organismos liberan oxígeno?;

b) ¿Cuál es el papel del agua en este proceso?;

c) ¿Qué repercusión tiene este proceso para la vida en la Tierra?

Aragón, Junio de 2021, pregunta 2, Canarias, Junio de 2023, pregunta 10.

2.- El esquema adjunto representa un proceso metabólico fundamental para la vida en la Tierra: (2 puntos)

a) ¿Qué proceso representa el esquema en su conjunto? (0,1 p) ¿En qué fases se divide (A y B) y dónde se localiza cada una de ellas? (0,2 p)
b) Explique brevemente qué papel tiene la luz en este proceso. (0,5 p)
c) Indique a qué proceso, sustrato o producto corresponden los números del 1 al 6 del dibujo. (0,6 p)
d) Explique brevemente qué papel tiene el agua en este proceso. (0,3 p)
e) ¿Es posible encontrar en este orgánulo ARN? Razone la respuesta. (0,3 p)

Castilla y León, Junio de 2021, pregunta 8

8. Sobre la fotosíntesis, conteste a las siguientes preguntas:

a) ¿En qué consiste la fotólisis del agua? ¿Qué biomoléculas formadas en las fases luminosas acíclica y cíclica se utilizan en la etapa biosintética? (0,8).
b) ¿Cuál es la molécula aceptora de CO2 en el ciclo de Calvin y qué enzima cataliza la fijación de dicho gas? (0,5).
c) ¿En qué parte del cloroplasto y en qué fase de la fotosíntesis se genera glucosa? (0,4).
d) ¿Qué grandes grupos de microorganismos tienen fotosíntesis oxigénica? (0,3)

Navarra, Junio de 2021, pregunta 9

a) ¿Cuál es la función de la fase luminosa y de la fase oscura o biosintética de la fotosíntesis?

b) ¿Se podría decir que la primera se lleva a cabo durante el día y la segunda durante la noche? Razona la respuesta.

Cantabria, Julio de 2021, pregunta 10

Fotosíntesis: ¿Qué papel juegan el ATP y el NADPH en la fotosíntesis? ¿Cuál es el origen del O2 generado en la fotosíntesis? ¿De dónde obtiene la planta el N para formar sus proteínas? ¿Pueden las plantas generar ATP en ausencia de luz? Razonar las respuestas.

Navarra, Junio de 2022, pregunta 9

a) Cita los principales grupos de seres vivos fotosintéticos.

b) Explica en qué estructuras lleva a cabo cada uno de ellos la fotosíntesis.

c) ¿Cuál es la función de la clorofila en este proceso?

Castilla y León, Julio de 2022, pregunta 8

El esquema adjunto representa un proceso metabólico esencial en la biosfera:

 
a) Identifique el proceso que se representa en la figura y el orgánulo donde se realiza (0,2).
b) Señale las fases de este proceso y su localización dentro del orgánulo (0,6).
c) ¿Cuál es el papel del agua en este proceso? (0,6)
d) Respecto a los números 1 al 6, especifique a qué fase, sustrato o producto corresponden (0,6).

Murcia, Julio de 2022, pregunta 2.3.

En relación con la fotosíntesis oxigénica, indique los sustratos iniciales, los productos finales y el balance energético de la fase luminosa (0,6 puntos) y de la fase oscura (0,6 puntos), explique la relación entre ambas fases y localícelas de forma precisa en la célula (0,3 puntos).

Castilla y León, Junio de 2024, pregunta 8.

Referente al proceso fotosintético en una célula eucariota:

a) ¿En qué orgánulo celular tiene lugar? (0,2)
b) ¿Cuáles son las moléculas captadoras de la energía lumínica? (0,4)
c) Indique qué moléculas se generan durante la fase lumínica y para qué se utilizan. (0,8)
d) En relación con la fijación del CO2, ¿en qué parte del orgánulo ocurre? ¿En qué vía metabólica y en qué fase de la fotosíntesis tiene lugar? (0,6)

Madrid, Junio de 2024, pregunta A4a.

Explique la diferencia entre fotosíntesis oxigénica y anoxigénica. Indique un tipo de organismo que realice cada una de ellas (1 punto).

Ideas fundamentales sobre la fotosíntesis

La fotosíntesis consta de dos etapas:

Cuestión de reflexión

Actividad basada en Cataluña, Septiembre de 2019, pregunta 1, apartado 3

Al día siguiente, la profesora les entrega el siguiente esquema sobre la fotosíntesis: 

Escribid en la siguiente tabla los nombres de los metabolitos señalados con un número en el esquema.

Número Metabolito
1
2
3
4
5
6

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Actividad basada en Galicia, Julio de 2024, pregunta 6

La figura 7 representa un proceso fundamental en la biosfera.



A) Indique cuál es su nombre y qué seres vivos lo llevan a cabo.

El proceso representado es la , que tiene lugar en .

B) ¿Qué fases del proceso están representadas con las letras A y B?

C) ¿Dónde se localiza cada una de estas fases?

Letra A: . Se realiza en las .

Letra B: . Se realiza en el .


D) Indique qué procesos, substratos o productos están señalados con los números 1-6 de la figura.

E) Cite dos destinos de la molécula señalada con el número 6.

1:

2:

3:

4:

5:

6: , que puede ser utilizado como

fuente de energía a través de la respiración celular, transformado en almidón como reserva de energía,

en glucosa, sacarosa, utilizadas por la planta,

celulosa, con función estrucutral,

como precursor de aminoácidos, lípidos y nucleótidos, esenciales para el desarrollo de la planta.



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Repasando la fotosíntesis

Pregunta

¿Cuál es el producto principal de la fotosíntesis oxigénica?

Respuestas

Dióxido de carbono.

Agua.

Oxígeno.

Glucosa.

Retroalimentación

Pregunta

¿Qué función cumple la fotólisis del agua en la fotosíntesis?

Respuestas

Liberar protones.

Producir oxígeno.

Generar electrones.

Todas las opciones anteriores son correctas.

Retroalimentación

Pregunta

¿Qué tipo de molécula se sintetiza en la fase oscura de la fotosíntesis?

Respuestas

Agua.

ATP.

Glucosa.

NADPH.

Retroalimentación

Pregunta

¿En qué parte de la célula se desarrolla la fase luminosa de la fotosíntesis?

Respuestas

Núcleo.

Ribosomas.

Tilacoides.

Estroma.

Retroalimentación

Pregunta

¿Cuál es el primer dador de electrones en la fotosíntesis oxigénica?

Respuestas

NADPH.

CO2.

Agua.

ATP.

Retroalimentación

Pregunta

¿Qué moléculas se generan en la cadena transportadora de electrones fotosintética?

Respuestas

ATP y NADPH.

CO2 y H2O.

Glucosa y oxígeno.

NADP+ y oxígeno.

Retroalimentación

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