Metabolismo Fotosintesis

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METABOLISMO FOTOSÍNTESIS Mg. Vania Mallqui Brito

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METABOLISMO FOTOSÍNTESIS

Mg. Vania Mallqui Brito

MetabolismoConjunto de reacciones químicas que se producen en el organismo. Reacciones químicas más importantes:Digestión nutrientes de los alimentos Eliminación de residuos, heces, orina, sudor.Reacciones químicas productos de respiración. Circulación sanguínea.Mantenimiento metabólico.Regulación de la temperatura del organismo.

*ANABOLISMO: Formación de sustancia propia a partir de las sustancias que se ingieren a través de los alimentos. *CATABOLISMO: Formación de sustancias propias en moléculas más sencillas. Durante el anabolismo se consume ATP y durante el catabolismo se produce ATP.

Rol del NAD

¿Como resuelve la célula el problema de qué hacer con los electrones removidos por las reacciones de oxidación?

1.El NADH (y el NADPH ) presentes en pequeñas cantidades. A menos que sean rápidamente oxidados a NAD+ (o NADP+), se detendrán las reacciones que los necesiten como coenzimas.

2.La célula debe encontrar un aceptor terminal para "sacarse de encima" los electrones:

FERMENTACIÓN

- Empleo de una molécula orgánica producida durante proceso metabólico como aceptor.

- Obtención E° en ausencia de oxígeno, Pauster: “la vie sans l’air”

VIAS ANAERÓBICAS Fermentación alcohólica

Fermentación láctica1. Fermentación alcohólica: 2 pasos1. Piruvato acetaldehido + CO22. Acetaldehido + NADH + H+ etanol + NAD+

Levaduras, hongos, bacterias.Base en la industria alimentaria: pan, cerveza, vino.

• Piruvato descarboxilasa (ausente animales) dependiente cofactor pirofosfato de tiamina y Mg2.

• Alcohol deshidrogenasa (ADH). El NADH glicólisis es reoxidado (ADH) , cada subunidad de la ADH se une a un NADH y ion Zn2.

1.Piruvato descarboxilasa

2.Alcohol Deshidrogenasa

acetaldehido

etanol

1. Piruvato descarboxilasa

2. Alcohol deshidrogenasa

2. Fermentación Láctica:

Piruvato + NADH + H+ ácido láctico + NAD+

lactato deshidrogenasa

- Bacterias (lácticas), protozoos y el músculo esquelético humano.

-Responsable de productos lácticos acidificados: yogurt, quesos, cuajada, crema ácida, etc.

-Acido láctico propiedades conservantes de los alimentos

-Acumulación ac. láctico ocasiona dolor y fatiga muscular.

Destino del Piruvato

                                                                           

FERMENTACION LÁCTICA

Fermentación Homoláctica:En el músculo en periodos de actividad (demanda ATP) y el oxígeno ha sido consumido la Lactato deshidrogenasa (LDH) cataliza la reducción del piruvato L-lactato.

LDH mamíferos 2 tipos H (músculo cardíaco) y M (músculo e hígado)

Cuando hay demanda ATP, fibras contracción lenta producen lactato.

Lactato vía sanguínea HÍGADO piruvato (lactato deshidrogenasa) glucosa (gluconeogénesis)

CICLO DE CORIUtilización lactato producido por tejidos no hepaticos (músculo y eritrocito) como fuente de carbono para la gluconeogénesis hepatica.

Ciclo consumidor Eº, gasta 4 ATP más que los producidos en la glicólisis.

El ciclo no se sostiene en forma indefinida

Lactato deshidrogenasa

Glucogénesis

Gluconeogénesis

DESTINO DE LA GLUCOSA:

Levaduras

bacterias

FOTOSÍNTESIS

Organismos capaces de sobrevivir con CO2 como principal fuente de carbono (autótrofos)

Quimioautótrofos, utilizan Eº almacenada en moléculas inorgánicas (NH3, H2S o NO2) para convertir CO2 en compuestos orgánicos.

Fotoautótrofos emplean Eº radiante para lo mismo. Incluye algas, plantas y algunos protistas flagelados

Van Helmont, seres vivos “ingerir” alimentos para sobrevivir.

Plantas a partir del suelo, plantó un pequeño sauce en una maceta después de 5 años, el sauce incremento su peso en 75 kg, mientras que la tierra había disminuido su peso en solo 70 gr,

Concluyó que todo “alimento” se origino del agua y no del suelo.

Descubrir el proceso de la fotosíntesis.

Evolución cianobacterias simbióticas se trasformaron en cloroplasto (análisis del genoma un solo ancestro)

CLOROPLASTO- El CO2, O2 y otros gases ingresanpor unas aberturas “estomas”hojas- Células mesófilas

- Miden aprox. 10 x 4 u

- Hay 20 – 40 en cada célula

- Blg. Alemán Engelmann 1881

Iluminó Spirogyra encontró bacterias

cerca cloroplasto consumiendo O2 (aerobias)

-Cloroplastos formados por doble membrana separadas por un espacio estrecho, presentan porinas de actividad selectiva y la MI es impermeable, sust. atraviezan por medio de transportadores.

-MI maquinaria trasladar Eº se organiza en sacos aplanados tilacoides, estan dispuestos en pilas ordenadas llamadas granas.

-Espacio interior tilacoide recibe a la luz y el espacio fuera y dentro de la envoltura cloroplasto es estroma (síntesis carbohidratos).

-En el estroma hay DNA y ribosomas

-Los pigmentos principales son la clorofila a y b. También pigmentos amarillo-naranja, los cuales son de dos tipos: carotenos y xantófilas.

Pigmentos fotosintéticos

-Los pigmentos absorben luz de diferentes longitud de onda.

-La clorofila, pigmento que hace que las hojas se vean verdes, absorbe luz en longitudes de onda del violeta , azul y rojo. Dado que refleja la luz verde, parece verde.

-Cuando un pigmento absorbe un fotón o cuanto de luz, un electrón de la molécula de pigmento es lanzado a un nivel energético más alto; se dice entonces que está excitado.

-La energía de excitación, puede disiparse como calor, puede reemitirse como energía lumínica de mayor longitud de onda, o puede provocar una reacción química, como sucede en la fotosíntesis.

Absorción de luz

-Una molécula que absorbe luz, absorbe cada vez un electrón de esa molécula. Al ser excitado el e- se desplaza de su posición inicial respecto al núcleo a una distancia que corresponde a la energía del fotón que absorbió.

- Para la fotosíntesis es necesario que la E° de electrones excitados de varios pigmentos se transfiera a un pigmento colector “centro de reacción” Fotosistemas I y II, son moléculas de clorofila asociado a proteínas y componentes de membrana específicos.

Clorofila-Compuestos tipo tetrapirrol

4 anillos pirrol formando una porfirina.

-Unido ión Mg

-Una cadena de fitol larga (C20H39OH).

-Plantas clorofila “a” responsable de la transformación E° lumínica en química.

-Clorofila b y carotenoides absorben luz de longitud de onda diferentes y transfieren la E° a la clorofila “a”

-Convierte la E° cuando está asociada a ciertas proteínas de membrana

-Clorofila “c” en algas pardas; “d” algas rojas

-Carotenoides amarillos y rojos insolubles en agua. Se divide en :

carotenos (hidrocarburos insaturados)

xantófilas (derivados oxigenados)

-Ficocianinas y ficoeritrinas; azul.verdoso y rojo-morado limitado a algas verdes-azules y rojas.

-1905 fisiólogo botánico Blackman midió velocidad de fotosíntesis en diferentes condiciones, sugirió coexistían al menos 2 factores limitantes: intensidad lumínica y temperatura.

-Temperatura no mayor de 30° C, reacciones controladas por enzimas.

Etapas fotosíntesis:1. Fotodependiente2. Fotoindependiente o ciclo de Calvin

1.ETAPA FOTODEPENDIENTE

1.Síntesis de ATP o fotofosforilación, puede ser:

- acíclica o abierta

- cíclica o cerrada

2. Síntesis de NADPH

3. Fotolisis del agua

• Fotosistema I (FSI) asociado a moléculas de clorofila (700 nm) como P700

• Fotosismtema II (FSII) asociado mol. clorofila absorben 680 nm (P680)

¿Cómo actúan los fotosistemas?

-La luz es recibida por FSII (P680) se oxida al liberar un electrón, asciende a un nivel superior de energía

-Electrón es recogido por sustancia aceptora de electrones que se reduce y va pasando a lo largo de una cadena transportador de electrones:

Plastoquinona (PQ) Plastocianina (PC) FSI.

-En el descenso el electrón va liberando la energía que tenía en exceso, se bombea protones de H desde el estroma a los tilacoides, generando un gradiente electroquímico de protones.

-Protones vuelven al estroma a través de la ATP-asa y se origina moléculas de ATP

-El fotosistema II se reduce al recibir electrones procedentes de una molécula de H2O, que por acción de la luz, se descompone en H y O, en el proceso llamado fotólisis del H2O.

-Mantiene un flujo continuo de electrones desde el agua hacia el fotosistema II y de éste al fotosistema I.

-En el fotosistema I la luz produce el mismo efecto sobre la clorofila P700, de modo que algún electrón adquiere un nivel energético superior y abandona la molécula, es recogido por otro aceptor de electrones , la ferredoxina y pasa por una nueva cadena de transporte hasta llegar a una molécula de NADP+ que es reducida a NADPH, al recibir dos electrones y un protón H+ que también procede de la descomposición del H2O.

-Cuando los 2 fotosistemas actúan conjuntamente se denomina esquema en Z y producen ATP.

-El fotosistema I puede trabajar solo.

-Fosforilación no cíclica o acíclica cuando actúan los dos, se obtiene ATP y se reduce el NADP+ a NADPH

-Fotofosforilación cíclica, cuando actúa el fotosistema I únicamente se obtiene ATP y no se libera oxígeno

Suceden dos procesos bioquímicos indispensables para formación glucosa:

1. Reducción de la coenzima NADPH 2. Síntesis de ATP

2. ETAPA FOTOINDEPENDIENTE

ATP y NADPH se utilizan para reducir carbono del CO2 a un azúcar simple, a partir del cual se construye otras moléculas orgánicas.

CO2 ingresa por los estomas, el proceso es cíclico y se conoce como Ciclo de Calvin.

Fijación CO2:

1. Carboxilativa

2. Reductiva

3.Regenerativa/sintética

CONVERSIÓN DE CO2 EN CARBOHIDRATO

1. Compuesto inestable 6C, formar 2 mol. PGA.

2. PGAL (gliceraldehido 3 fosfato)

3. De cada 6 molc. 5 se emplean regenerar Ribulosa 1,5 difosfato

* Enzima Rubisco (ribulosa 1,5 difosfato carboxilasa/oxidasa), actuacomo carboxilasa o como oxidasa, según la concentración de CO2.

PGAL se transforma en almidón en el estroma del cloroplasto

Otra parte del PGAL se transforma en intermediario de la glicólisis

Sacarosa intermediario glicólisis se transporta al floema.

Existen otras especies en los que la fijación del CO2 tienen cuatro átomos de carbono (C-4), concretamente ácidos oxalacético, málico y aspártico. Se encuentran la caña de azúcar, el maíz, el sorgo y el amaranto (bledo o alegría).

Plantas C-4 son tropical, habitan en condiciones de alta luminosidad y altas temperaturas. Permite competir más eficientemente con las plantas C-3, al tener que cerrar los estomas para economizar agua y evitar la desecación; sinembargo pueden realizar la fotosíntesis a bajas tensiones de CO2 , debido a que la enzima PEP-carboxilasa muestra una mayor afinidad por el CO2 que la rubisco.