ANABOLISMOANABOLISMO

DEFINICIÓNDEFINICIÓN

Representa Representa la parte constructiva del la parte constructiva del metabolismometabolismo, consiste en la síntesis de , consiste en la síntesis de moléculas complejas a partir de otras más moléculas complejas a partir de otras más sencillas, con el consiguiente gasto de sencillas, con el consiguiente gasto de energía, tomada de los ATP producidos energía, tomada de los ATP producidos durante las fases catabólicas.durante las fases catabólicas.

DESTINO DE LAS MOLÉCULASDESTINO DE LAS MOLÉCULAS

Estas moléculas sintetizadas pueden: Estas moléculas sintetizadas pueden:

Formar parte de la propia estructuraFormar parte de la propia estructura de la de la célula.célula.

Ser almacenadasSer almacenadas para su posterior utilización para su posterior utilización como como fuente de energíafuente de energía..

▪▪Ser exportadasSer exportadas al exterior de la célula. al exterior de la célula.

Procesos del Anabolismo

GLÚCIDOSÁc. Pirúvico

Glucosa (gluconeogénesis y es casi la inversa de la glucólisis)

Glucosa GlucógenoLÍPIDOS Acetil-Co A Ácidos grasos

PROTEÍNAS Aminoácidos Proteínas

ÁC. NUCLEICOS NucleótidosADN (Replicación)

ARN (Transcripción)

LA FOTOSÍNTESISLA FOTOSÍNTESIS

DEFINICIÓNDEFINICIÓNProceso anabólico que se produce en los cloroplastos.

La energía luminosa es transformada en energía química

Posteriormente será empleada para la fabricación de sustancias orgánicas a partir de sustancias inorgánicas.

CONSECUENCIASCONSECUENCIASDe gran importancia para los seres vivos. De gran importancia para los seres vivos.

1ª) Todos o casi todos los seres vivos dependen, 1ª) Todos o casi todos los seres vivos dependen, directa o indirectamente, de la fotosíntesis para directa o indirectamente, de la fotosíntesis para la obtención de sustancias orgánicas y energía.la obtención de sustancias orgánicas y energía.

  2ª) A partir de la fotosíntesis 2ª) A partir de la fotosíntesis se obtiene Ose obtiene O22, que , que transformó la primitiva atmósferatransformó la primitiva atmósfera e hizo posible e hizo posible la existencia de los organismos heterótrofos la existencia de los organismos heterótrofos aeróbicosaeróbicos

para sintetizar una molécula de glucosapara sintetizar una molécula de glucosa6CO6CO22 + 12H + 12H22O + luz CO + luz C66HH1212OO66 + 6O + 6O22 + 6H + 6H22OO

Proceso Proceso inverso inverso al catabolismo aerobio de la al catabolismo aerobio de la glucosaglucosa

REACCIÓN GENERALREACCIÓN GENERAL

Es muy complejo y requiere de:Es muy complejo y requiere de: una primera etapauna primera etapa en la que se en la que se absorbe la absorbe la

energía solarenergía solar y se transforma y se transforma en energía en energía químicaquímica libre y en poder reductor (FASE libre y en poder reductor (FASE LUMINOSA) LUMINOSA)

y una segunda etapay una segunda etapa donde se utilizan esos donde se utilizan esos productos para la productos para la reducción del COreducción del CO22. (FASE . (FASE

OSCURA).OSCURA).

DOS ETAPASDOS ETAPAS

FASE LUMINOSA (Tilacoides) 1) Captación por las clorofilas y otros pigmentos

fotosintéticos de la energía luminosa y su transformación en energía química contenida en el ATP. FOTOFOSFORILACIÓN

2) Obtención de electrones a partir del agua. FOTOLISIS

3) Estos electrones, convenientemente activados por la energía luminosa, servirán para reducir NADP+ FOTORREDUCCIÓN

FASE OSCURA (Estroma) se utilizan los productos de la fase luminosa (ATP y

NADPH)

1) Incorporación del carbono del CO2 a las cadenas carbonadas.

2) Reducción por el NADPH del carbono y síntesis de compuestos orgánicos.

3) Reducción de otras sustancias inorgánicas (nitratos, nitritos, sulfatos, etc.) para su

incorporación a las cadenas carbonadas.

Los FotosistemasLos FotosistemasLa membrana de los tilacoides tiene una La membrana de los tilacoides tiene una estructura de membrana unitaria.estructura de membrana unitaria.

Integradas en su doble capa están:Integradas en su doble capa están:– fotosistemas I (todas) y II (eucariotas y fotosistemas I (todas) y II (eucariotas y

cianobacterias)cianobacterias)– ATPasas ATPasas – y citocromos.y citocromos.

Cada fotosistema contiene Cada fotosistema contiene cientos de moléculas de cientos de moléculas de clorofila y carotenoides clorofila y carotenoides que actúan comoque actúan como moléculas antena o moléculas antena o colectoras colectoras que absorben que absorben la luz y la transmiten como la luz y la transmiten como en un embudo hacia . en un embudo hacia .

Los FotosistemasLos Fotosistemas

Y una molécula de clorofila especializada Y una molécula de clorofila especializada que que forma el forma el centro de reacción o centro de reacción o molécula dianamolécula diana, que , que al al recibir la excitación por la energía transmitida recibir la excitación por la energía transmitida es capaz de perder un electrón y dárselo al es capaz de perder un electrón y dárselo al primer aceptorprimer aceptor. Este hecho recibe el nombre de . Este hecho recibe el nombre de acto acto fotoquímicofotoquímico y y supone la transformación de supone la transformación de la energía luminosa en energía químicala energía luminosa en energía química. .

Los FotosistemasLos Fotosistemas

FotosistemasFotosistemas

En el fotosistema II (Phs II) la molécula diana es la clorofila aII que tiene su máximo de absorción a 680 nm (P 680). Cuando esta clorofila capta un fotón pasa a un estado excitado (P 680) y su potencial redox se hace más negativo haciéndose muy reductora.

FotosistemasFotosistemas

En el fotosistema I (Phs I), la molécula diana es la clorofila aI, cuyo máximo de absorción se encuentra a 700 nm (P 700),

LA FOTOFOSFORILACIÓN

La disminución de los potenciales redox permite que se establezca un transporte de electrones que pueden seguir dos vías:

- La fotofosforilación acíclica

- La fotofosforilación cíclica

LA FOTOFOSFORILACIÓN ACÍCLICA

Cuando inciden 2 fotones Cuando inciden 2 fotones sobre el fotosistema I, el sobre el fotosistema I, el P700 se excita y emite P700 se excita y emite dos e- que son dos e- que son inmediatamente captados inmediatamente captados por una ferredoxina que por una ferredoxina que los pasa al NADP+ los pasa al NADP+ reduciéndolo reduciéndolo

Con Con 2 e- 2 e- emitidos por el emitidos por el fotosistema II fotosistema II al ser al ser iluminado por dos fotones el P680, que son captados iluminado por dos fotones el P680, que son captados por una cadena transportadora de e- formada por la por una cadena transportadora de e- formada por la plastoquinona (Pqplastoquinona (Pq), el complejo de los el complejo de los citocromoscitocromos b-f b-f yy la plastocianina (Pc), la plastocianina (Pc), que los pasa al que los pasa al P700. P700.

El complejo citocromo b-f actúa además como una El complejo citocromo b-f actúa además como una bomba de H+, bomba de H+, enviándolos al espacio tilacoidal. enviándolos al espacio tilacoidal.

¿Cómo se rellena el hueco dejado por los ¿Cómo se rellena el hueco dejado por los electrones en el P700?electrones en el P700?

Relleno del hueco Relleno del hueco dejado por los dejado por los electrones en el electrones en el P700P700

fotosistema IIfotosistema IIP680P680

Tranquilos.Tranquilos.De esto se encarga el De esto se encarga el aguaagua como consecuencia de su como consecuencia de su ruptura (ruptura (fotolisis del aguafotolisis del agua), ), en la cual una molécula de en la cual una molécula de agua se escinde en dos agua se escinde en dos protones, dos electrones y un protones, dos electrones y un átomo de oxígeno.átomo de oxígeno.

¡OH! Dios mío, ahora el hueco está ¡OH! Dios mío, ahora el hueco está en el P680. ¡Esto no se acaba!en el P680. ¡Esto no se acaba!

Pues que los de la Pues que los de la fotolisis y los bombeados por fotolisis y los bombeados por el citocromo b-f en el espacio tilacoidal el citocromo b-f en el espacio tilacoidal generan generan un gradiente electroquímico, al igual que ocurre un gradiente electroquímico, al igual que ocurre en las mitocondrias según la hipótesis en las mitocondrias según la hipótesis quimiosmótica , los protones son impulsados por quimiosmótica , los protones son impulsados por el gradiente de pH a través del ATP-sintetasa que el gradiente de pH a través del ATP-sintetasa que se encuentra en la membrana tilacoidal, con lo se encuentra en la membrana tilacoidal, con lo que se que se sintetiza ATP a partir de ADP + sintetiza ATP a partir de ADP + PiPi. .

¿y qué ocurre con tanto protón ¿y qué ocurre con tanto protón suelto por ahí?suelto por ahí?

Esta síntesis de ATP recibe el nombre de Esta síntesis de ATP recibe el nombre de fotofosforilaciónfotofosforilación no cíclicano cíclica debido a que el flujo debido a que el flujo de electrones de electrones comienza en la molécula de agua y comienza en la molécula de agua y termina en el NADPtermina en el NADP, es decir, no es un flujo , es decir, no es un flujo cíclico.cíclico.En conjunto, en la transferencia no cíclica, a partir En conjunto, en la transferencia no cíclica, a partir de una molécula de agua y 4 fotones de luz, se de una molécula de agua y 4 fotones de luz, se forman una molécula de NADPH, una de ATP y forman una molécula de NADPH, una de ATP y ½O2.½O2.

¿qué nombre, fotofosfosfosffffffff?¿qué nombre, fotofosfosfosffffffff?

A partir de 1 molécula de agua y 4 A partir de 1 molécula de agua y 4 fotones de luz, se forman fotones de luz, se forman

–una molécula de NADPH, una molécula de NADPH,

–una de ATP y ½O2.una de ATP y ½O2.

Al final en la Fotofosforilación acíclica o no cíclica (como más te guste) Tenemos………..

FOTOFOSFORILACION CICLICAAdemas del flujo no ciclico de electrones, en casi todas las especies tiene lugar también un flujo ciclico en el que interviene solo el fotosistema I. Es ciclico porque los e- perdidos por el P700 regresan de nuevo a dicho pigmento. La finalidad del proceso ciclico es generar ATP para subsanar el deficit que, en caso contrario, se produciria ya que en la fase oscura se necesitan 3 moleculas de ATP por cada 2 de NADPH.

Los e- del fotosistema I son capturados por la ferredoxina, pero, en vez de continuar hacia el NADP, son desviados hacia el complejo citocromo b-c que bombea protones al espacio tilacoidal para que luego se sintetice ATP al pasar por el canal de la ATP-sintetasa. Se llama ahora FOTOFOSFORILACIÓN CÍCLICA No se rompe el agua, no se libera

oxígeno, ni se forma NADPH

Y nos quedaY nos queda la FASE OSCURA la FASE OSCURASe utilizan el poder energetico (ATP) y el poder reductor (NADPH) obtenidos en la fase luminosa.El proceso fundamental de la fase oscura es la fijacion reductora del C a partir del CO2, formandose primero glúcidos sencillos de los que derivarán el resto de compuestos organicos o CICLO DE CALVIN

EL CICLO DE CALVINSe distinguen 3 etapas:1.Carboxilación: Mediante el enzima

RuBisCo el CO2 se fija a un azucar preexistente, la ribulosa-1,5-difosfato formándose un compuesto muy inestable de 6 C que se rompe inmediatamente en 2 moleculas de 3- glicerato.ⓟ

EL CICLO DE CALVIN

2. Reducción: El 3- glicerato se ⓟreduce a 3 gliceraldehido ⓟconsumiendose el NADPH y el ATP que se obtuvieron en la fase luminosa.

EL CICLO DE CALVIN3. Recuperación: De cada 6 moleculas de

3 gliceraldehido que se forman, ⓟ 1 se considera el rendimiento neto de la fotosintesis. Las otras 5 sufren transformaciones consecutivas en las que tambien se consume ATP para regenerar la ribulosa 1,5-difosfato, con la que se cierra el ciclo.

6CO2 + 12NADPH + 18 ATP → C6H12O6P + 12NADP+ + 18ADP + 17 Pi

LA FOTORRESPIRACIONEl enzima RuBisCo puede funcionar en dos

sentidos diferentes.En el ciclo de Calvin cataliza la carboxila-cion de la ribulosa 1,5-di , pero también ⓟpuede provocar la oxigenación de dicha molécula de la que resultan compuestos ácidos que posteriormente se oxidan en los peroxisomas dando entre otros productos CO2. Esto se denomina fotorrespiración.

LA FOTORRESPIRACIÓNEl que el enzima actúe como carboxilasa u oxigenasa depende de las concentraciones relativas del CO2 y del O2 en el interior de la celula. La fotorrespiración es perjudicial para las plantas ya que descompone materia organica en CO2 y otros productos residuales, justo lo contrario de lo que se pretende con la fotosintesis.

FACTORES QUE INFLUYEN EN LA FOTOSÍNTESIS

1. Intensidad luminosa: La actividad fotosintetica aumenta con la intensidad luminosa hasta alcanzar un limite maximo caracteristico de cada especie. Para una misma intensidad luminosa, el rendimiento fotosintetico es superior en las plantas adaptadas a climas secos y calurosos.

FACTORES QUE INFLUYEN EN LA FOTOSÍNTESIS

2. Concentracion de CO2: aumenta conforme va creciendo la concentracion de CO2, hasta alcanzar un limite en el que se estabiliza.

3. Fotoperiodo: El rendimiento esta en relacion directa a las horas de exposicion a la luz que tenga la planta

FACTORES QUE INFLUYEN EN LA FOTOSÍNTESIS

4. Temperatura: Como toda actividad enzimatica, la fotosintesis aumenta con la T hasta alcanzar un limite máximo (variable según las especies de climas cálidos, templados o frios), por encima del cual se produce la desnaturalizacion de los enzimas.

FACTORES QUE INFLUYEN EN LA FOTOSÍNTESIS

5. Humedad ambiental: Cuando hay escasez de agua, los estomas (aberturas de la epidermis de las zonas verdes de las plantas superiores) se cierran para evitar perdidas de agua por transpiracion, lo cual dificulta el paso de CO2 y la actividad fotosintetica disminuye.

FACTORES QUE INFLUYEN EN LA FOTOSÍNTESIS

6. Concentracion de O2: Al aumentar baja el rendimiento fotosintetico debido a las perdidas por fotorrespiracion.

7. Color de la luz: Si se ilumina la planta con luz roja, con longitud de onda superior a 680nm, no actua el fotosistema II, solo se estimula el fotosistema I y se produce fotofosforilacion ciclica, con lo que el rendimiento fotosintetico es mucho menor. Este hecho se denomina declive del rojo

FACTORES QUE INFLUYEN EN LA FOTOSÍNTESIS

SE ACABÓ

Fotosistema

Cada fotosistema contiene carotenos, clorofilas y proteínas. Estas moléculas captan la energía luminosa y la ceden a las moléculas vecinas presentes en cada fotosistema hasta que llega a una molécula de clorofila-a denominada molécula diana.

Las diferentes sustancias captan luz de diferente longitud de onda. De esta manera, gran parte de la energía luminosa es captada.

Luzestroma

H2 O

3H+

3H+

Interior del tilacoide

½ O2

H+

La fotofosforilación acíclica

e

LuzADP

ATP

NADP+

NADPH

Luz

estroma

Interior del tilacoide

La fotofosforilación acíclica

Luz ADP

ATPNADP+

e e

NADPH

Phs II Phs I

AT

Pa

sa

22

Click

Luz

estroma

e

ADP

ATP

Interior del tilacoide

3H+

La fotofosforilación cíclica

e e

e e

Fotosistema

2e-

1) Captación de la energía luminosa por los pigmentos fotosintéticos de los fotosistemas.

2) Bombeo de protones generado por el transporte de electrones.

FOTOLISIS

DEL AGUA

Fotolisis del agua

3) Ambos procesos generan un aumento del pH en el interior de los tilacoides.

Transporte de electrones

4) La salida de los protones por las ATPasas genera la síntesis del ATP

2 electrones

2 protones

1 átomo de oxígeno

5) Los electrones se recuperan por la fotolisis del agua

Fase oscura o ciclo de Calvin

El rendimiento fotosintético se puede medir de varias formas:

-Producción de azúcares por la planta.

-Consumo de CO2.

-Producción de O2.

Una forma sencilla, basada en la producción de oxígeno, se relata en la siguiente experiencia:

Se introduce una ramita de la planta acuática elodea dentro de un tubo con agua, tal y como se indica en la figura. Al iluminar la planta, esta realiza la fotosíntesis y se produce un desprendimiento de burbujas de oxígeno.

Contando dichas burbujas se puede saber si el rendimiento fotosintético es mayor o menor en función del factor que estemos estudiando.

Influencia de la temperatura:

Variamos la temperatura del recipiente, calentando suavemente el agua, y vamos contando las burbujas que se producen por minuto (b/min), según la temperatura aumenta. Los resultados se indican en la tabla: T (ºC) b/min

0 3

5 6

10 9

15 11

20 12

25 13

30 9

35 6

40 3

45 0

Variación del rendimiento fotosintético en función de la temperatura:

Ren

dim

ien

to

foto

sin

téti

co

temperatura

Temperatura óptima

desnaturalización