T13 - Anabolismo.

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  • 1. T13 ANABOLISMO.
    • Formas de nutricin de los organismos.
  • Fotosntesis (I): Pigmentos y fotosistemas.
  • Fotosntesis (II): Fase lumnica.
  • Fotosntesis (III): Fase oscura.
  • Factores que intervienen en la fotosntesis.
  • Quimiosntesis.
  • Otras rutas anablicas.

2. T13. Anabolismo. ANTECEDENTES PAU: 2003 Junio: localizacin intracelular del Ciclo de Calvin; 2004 Septiembre:fosforilacin cclica y no cclica; 2005 Junio: ciclo de Calvin, papel biolgico y localizacin intracelular; diferencias entre fotosntesis y quimiosntesis; 2007 Septiembre:fotosntesis, definicin, ecuacin bsica del proceso y factores que influyen; 2008 Junio:fase luminosa, compuestos sintetizados, fijacin de CO2 y localizacinintracelular; fotosntesis, factores que influyen en su rendimiento; 2009 Junio: comparacin entre el metabolismo auttrofo y hetertrofo; 2009 Septiembre:cloroplastos, esquema y estructuras implicadas en las fases de la fotosntesis; pigmentos fotosintticos, funcin; comparacin entre fotosntesis y quimiosntesis; 2010 Junio: importancia de la fotosntesis en el mantenimiento de la vida; 3.

  • Cualquier organismo necesita para vivir:
  • 1. Una fuente deCARBONO (para construir el esqueleto de sus biomolculas).
  • CO 2ambiental ->AUTTROFOS.
  • Molculas orgnicas ->HETERTROFOS.
  • 2. Una fuente deHIDRGENO (e - )(para reducir molculas).
  • H 2 O, H 2 S ->LITTROFOS.
  • Molculas ms complejas ->ORGANTROFOS.
  • 3. Una fuente deENERGA (para hacer posibles las reducciones).
  • Luz->FOTTROFOS.
  • Energa qumica ->QUIMITROFOS.
  • 4. UnACEPTOR FINAL DE ELECTRONES (para la liberacin de energa).
  • O 2->AEROBIOS.
  • OTRA SUSTANCIA ->ANAEROBIOS.
  • 5- Un suministro deH2O y SALES MINERALES(N para construir protenas).

T13. Anabolismo. 1 Formas de nutricin de los organismos. 4. T13. Anabolismo. 1 Formas de nutricin de los organismos. FOTTROFOS (Luz) QUIMITROFOS (Energa qumica) LITTROFOS (H 2 O, H 2 S) ORGANTROFOS (Molculas complejas) AEROBIOS (Oxgeno) ANAEROBIOS (Otras sustancias) HETERTROFOS (Materia orgnica) AUTTROFOS (CO 2 ) FUENTE DE ENERGA FUENTE DE HIDRGENO FUENTE DE CARBONO LTIMO ACEPTOR DE H (e - ) SUMINISTRO DE NITRGENO Para fabricar protenas FOTOLITTROFOS (bacterias fotosintticas del azufre, vegetales con clorofila) QUIMIOLITTROFOS (bacterias quimiosintticas) FOTOORGANTROFOS (bacterias purpreas no sulfurosas) QUIMIOORGANTROFOS(otras bacterias, animales y hongos) 5. T13. Anabolismo. 2 Fotosntesis (I): Pigmentos y fotosistemas. Nuestra vida en la Tierra depende de un proceso muy especial que tiene lugar en las algas y plantas verdes: FOTOSNTESIS . VEGETALES Principios inmediatos CLOROPLASTOS 6.

  • Son molculas que absorben luz y se sitan en la membrana de los tilacoides formando losFOTOSISTEMAS(junto con protenas especficas).

T13. Anabolismo. 2 Fotosntesis (I): Pigmentos y fotosistemas. Pigmentos fotosintticos. 7.

  • TIPOS DE PIGMENTOS:
  • CLOROFILA a, b y c.
  • CAROTENOIDES.
  • Cada pigmento incluye uncromforo :grupo qumico capaz de absorber una longitud de onda del espectro visible.
  • Cada pigmento capta la luz de determinada longitud de onda permitiendo un amplio rango de captacin energtica.
  • Cuanta mayor sea la variedad de pigmentos que tiene un cloroplasto, mayor eficiencia en la absorcin de luz mostrar.
  • ESTRUCTURA DE LA CLOROFILA:
  • Anillo deporfirina:absorbe la luz, los e -forman una nube a su alrededor.
  • Cadena hidrfoba defitol:mantiene la clorofila en la membranafotosinttica.
  • EXCITACIN DE PIGMENTOS:
  • Fotones -> Pigmentos captan energa -> excitacin (cambio en la distribucin de e-).
  • Pigmentos vuelven a su estado inicial -> liberacin de energa qumica + Q + fluorescencia.

T13. Anabolismo. 2 Fotosntesis (I): Pigmentos y fotosistemas. Excitacin -> 10 -15segundos. Liberacin -> 10 -12segundos. 8. T13. Anabolismo. 2 Fotosntesis (I): Pigmentos y fotosistemas. La Radiacin Fotosintticamente Activa PAR = 400-700 nm

  • La energa de 1 fotn (= cuanto de luz) es mayor en el extremoVIOLETAque en elROJO.
  • 1 mol de fotones = 1 Einstein = 6 10 23fotones.
  • La energa de 1 Einstein = 170-300 kJ.
  • En el extremo delINFRARROJO o MICROONDASla energa de 1 Einstein es demasiado pequea.
  • En el extremo delULTRAVIOLETA o RAYOS X1 Einstein tiene tanta energa que puede daar protenas y cidos nucleicos.

LAS PLANTAS UTILIZANLA LUZ VISIBLEPARA HACER FOTOSNTESIS 9.

  • SON:conjunto de pigmentos fotosintticos (300) + protenas especficas.
  • Actan a modo deANTENApara atrapar fotones de diferente longitud de onda.
  • Cmo captan los fotones?
    • Un pigmento se excita al captar un fotn.
    • La energa rebota sobre pigmentos cercanos.
    • ( patata caliente entre las manos ).
    • Finalmente llega amolculas especiales de Clorofila a->CENTRO DE REACCIN .

T13. Anabolismo. 2 Fotosntesis (I): Pigmentos y fotosistemas. Por qu son especiales estas molculas de Clorofila a del CENTRO DE REACCIN? Cuando absorben la energa ,se oxidan . transfieren e - a unAceptor Primario de Electrones Inicio de laCadena de Transporte de Electrones Fotosistemas. 10.

  • TIPOS DE FOTOSISTEMAS:
  • Fotosistema I (PS I):
    • En membranas de tilacoides no apilados en contacto con el estroma.
    • Centro Reaccin: 2clorofilas aP 700(mxima absorcin a 700 nm de ).
  • Fotosistema II (PS II):
    • En los grana.
    • Centro Reaccin: 2clorofilas aP 680(mxima absorcin a 680 nmde ).

T13. Anabolismo. 2 Fotosntesis (I): Pigmentos y fotosistemas. 11. T13. Anabolismo. 2 Fotosntesis (I): Pigmentos y fotosistemas. FASE LUMNICA FASE OSCURA

  • Conjunto de reaccionesdependientes de luz.
  • LUGAR:membranas tilacoides.
  • OBJETIVOS:
    • Los e- liberados en los fotosistemas se utilizan para NADP -->NADPH.
    • Cadenas Transportadoras de e --> Energa -> sntesis ATP(FOTOFOSFORILACIN).
  • Conjunto de reaccionesINdependientes de luz.
  • LUGAR:estroma.
  • OBJETIVO:
    • Se aprovecha laENERGA y PODER REDUCTORpara obtener biomolculas(FIJACIN DEL CARBONO).

Fotosntesis. 12. T13. Anabolismo. 3 Fotosntesis (II): Fase lumnica. H 2 O(raz) Fotlisis del H 2 O2H + 2e - O Base de la vida AEROBIA del planeta 13.

  • FASES:
  • Una vez que los fotones de la luz excitan los dos fotosistemas y producen la fotlisis del H 2 O:
    • Los 2 e -del H 2 O son recogidos por el PSII.
    • 2 e -excitados salen del PSII y son captados por laFEOFITINA .
    • Los e -pasan a varias molculas dePLASTOQUINONAy de ah alCITOCROMO b6f.
    • Simultneamente otros 2 e -han salido del PSI y han sido captados por laFITOQUINONA A0 .
    • Los 2 e -captados por la feofitina se desplazan hasta el PSI reemplazando los e- perdidos.
    • Los 2 e -captados por la fitoquinona A 0llegan hasta el NADP + y se sintetiza NADPH.
    • El movimiento de los e -a travs de los transportadores permite al citocromo b6f utilizar la energa que estos liberan para transportar H +en contra de un gradiente electroqumico, desde el estroma hacia el espacio tilacoidal.
    • Este gradiente es aprovechado por la ATP-sintetasa para fosforilar ATP.

T13. Anabolismo. 3 Fotosntesis (II): Fase lumnica. 14.

  • Al absorber energa, algunos e -pasan a niveles energticos superiores en losaceptores primarios de e - . La vuelta a la posicin primitiva desprende energa que excita a una molcula contigua y continua el proceso.

T13. Anabolismo. 3 Fotosntesis (II): Fase lumnica. 15.

  • Fotofosforilacin(sntesis de ATP):
  • Es prcticamente idntica a la de la mitocondria.
    • Los H + van de la matriz mitocondrial-> espacio intermembrana.
    • Los H +vuelven al espacio intermembrana->matriz mitocondrial (ATP-sintetasa).
  • Puede ser CCLICA (-> PSII al PSI) y NO CCLICA (-> PSI).
    • Los H +van del estroma->membrana tilacoidal.
    • Los H +vuelven de la membrana tilacoidal->estroma (ATP-sintetasa).
    • Es el camino explicado hasta ahora.
      • Excitacin PSII->Feofitina ->Plastoquinonas -> Citocromo b6f ->PSI ->Fitoquinona A 0->Sntesis de NADH y ATP.
    • El complejo ATP-sintetasa se localiza en la cara estromtica de la membrana tilacoidal.
    • Los H +son bombeados hacia el interior del tilacoide a travs del Citocromo b6f -> se crea un gradiente electroqumico -> se genera fuerza protomotriz.
    • Los H +atraviesan la ATP-sintetasa hacia el estroma, fosforilando ADP + Pi -> ATP.
          • (4H +-> 1ATP)

T13. Anabolismo. 3 Fotosntesis (II): Fase lumnica. Fotofosforilacin NO cclica. 16.

  • Se produce en lasmembranas tilacoidales.
  • La energa captada permite romper la molcula de H 2 O que produce O 2 , libera H +y e - . Los e -liberados sustituyen a los excitados por la luz que sirven para reducir el NADP +, fabricar NADPH y, simultneamente, fabricar ATP. Se utilizan 4 H +para fabricar un ATP.
  • Intervienen los 2 fotosistemas y los e -que liberan no regresan a ellos.

T13. Anabolismo. 3 Fotosntesis (II): Fase lumnica. 17.

  • Puede ocurrir que haya transporte cclico de e - independiente del PSII :
        • Fotones estimulan el PSI.
        • Transferencia e -a laFERREDOXINA->no se llega a formar NADPH
        • Transferencia e -alCITOCROMO b6f->H +al interior tilacoide
        • ->se forma ATP
        • ->no se rompe H 2 O

T13. Anabolismo. 3 Fotosntesis (II): Fase lumnica. Fotofosforilacin cclica. 18.

  • Se produce en lasmembranas tilacoidales.
  • No se reduce NADP +a NADPH, ni se rompen molculas de H 2 O por lo que no se produce O 2 .
  • Solo intervienen elfotosistema I(P700) que al excitarse deslocaliza los e -hacia la ferredoxina y, desde esta, al Cit b6f que si transporta H +hacia el interior de los tilacoides.
  • Se utilizan 4 H +para fabricar unATPpasando por laATPasa.

T13. Anabolismo. 3 Fotosntesis (II): Fase lumnica. Estroma Espacio tilacoidal 19.

  • Conjunto de reacciones cclicasIndependientes de luz .
  • LUGAR:estroma.
  • OBJETIVO:
    • Se aprovecha la ENERGA ( ATP ) y PODER REDUCTOR ( NADPH ) obtenidos en la fase lumnca para sintetizar glcidos sencillos ( FIJACIN DEL CARBONO )
  • FASES:
    • Compuesto inicial:ribulosa-1,5-bifosfato(RuBP) (compuesto de 5C).
    • RuBP + CO 2->cido 3-fosfoglicrico(PGA) (compuesto de 3C -> va C 3 )
    • PGA -> 6 molculas de gliceraldehido-3-fosfato (GAP)-> 5 molculas se reciclan a RuBP-> 1 molcula se usa para sintetizar
          • glcidos en el citosol.

T13. Anabolismo. 4 Fotosntesis (III): Fase oscura. Ribulosa 1,5 bifosfato carboxilo oxigenasa (RUBISCO) NADPH -> NADP + ATP -> ADP + Pi ( obtenidos en la fase luminosa ) Gluconeognesis Ciclo de Calvin o C 3 Glucosa Fructosa 20. T13. Anabolismo. 4 Fotosntesis (III): Fase oscura. 21. T13. Anabolismo. 4 Fotosntesis (III): Fase oscura. Condiciones Dnde? Qu ocurre? Resultados Reacciones que capturan energa. Luz Tilacoides

  • La luz sobre elFotosistema IIlanza electrones cuesta arriba.
  • Estos electrones son reemplazados por electrones de molculas de H 2 O que liberan O 2 .
  • Los electrones pasan a lo largo de la cadena de transporte de electrones, alFotosistema Iy, de este al NADP +que se reduce formando NADPH.
  • Como resultado de este proceso se forma un gradiente de potencial electroqumico a partir del cual se produce ATP.

La energa de la luz se convierte en energa qumica que se almacena en enlaces de ATP y NADPH. Reacciones de fijacin del Carbono. No requieren luz (aunque algunas enzimas son reguladas por ella). Estroma

  • CICLO DE CALVIN BELSON:
  • El NADP +y el ATP de las fases anteriores se utilizan para reducir el CO 2 .
  • Se produce Gliceraldehido fosfato a partir del cual pueden formarse glucosa y otros compuestos orgnicos.

La energa qumica del ATP y NADPH se usa paraincorporar Carbono a molculas orgnicas. RESUMEN de la FOTOSNTESIS 22.

  • La obtencin de molculas de azcar tiene un elevado consumo energtico.
    • Para sintetizar1 HEXOSAa partir de 6 CO 2 , se requieren:
      • 12 NADPH.
      • 18 ATP.
      • FOTORRESPIRACIN
    • Se da cuando lainvierte su actividad ( Fija O 2y desprende CO 2 ).
    • Disminuye la eficiencia fotosinttica.
    • Puede ocurrir cuando [O 2 ] > [CO 2 ] ( p. e. cierre de estomas por altas temperaturas ).

T13. Anabolismo. 4 Fotosntesis (III): Fase oscura. Ribulosa 1,5 bifosfato carboxilo oxigenasa (RUBISCO) 6 CO 2+ 12 NADPH + 12H ++ 18 ATP -> 1 Hexosa + 12 NADP ++ 18 ADP + 18 Pi BALANCE ENERGTICO 23.

  • LaRUBISCOes una enzima compleja capaz de realizar la reaccin en sentido contrario, consumiendo O 2 . Se reduce la eficiencia de la fotosntesis.
  • RuBP + O 2-> cido gliclico
  • Esto puede ocurrir cuando la [CO 2 ] < [O 2 ]: por ejemplo, si se cierran los estomas porque hace calor o hay poco agua en el suelo, entonces no entra CO 2del exterior y tampoco puede salir el exceso de O 2producido por la planta en la fotosntesis.
  • LasPlantas C 4 han conseguido reducir este problema almacenando el CO 2en ciertos tejidos de sus hojas (mesfilo) y la RUBISCO en otra zona diferente de manera que mantienen la relacin entre las concentraciones de los dos gases en condiciones adecuadas para evitar la fotorrespiracin. Estoimplica cierto gasto de ATP pero resulta beneficiosa en el rendimiento final. Este es el caso delmazy lacaa de azcar .
  • LasPlantas CAMo Crasulceas con plantas de hojas suculentas tpicas de ambientes calurosos y secos que han innovado otro sistema de optimizar el proceso fotosinttico y reducir la prdida de agua:
    • Por la noche, abren los estomas y almacenan el CO 2mediante el sistema C 4 .
    • Durante el da, cierran los estomas, liberan el CO 2almacenado y se produce la fotosntesis.

T13. Anabolismo. 4 Fotosntesis (III): Fase oscura. Ribulosa 1,5 bifosfato carboxilo oxigenasa (RUBISCO) 24. T13. Anabolismo. 5 Factores que intervienen en la fotosntesis. 25. T13. Anabolismo. 5 Factores que intervienen en la fotosntesis. 26. T13. Anabolismo. 5 Factores que intervienen en la fotosntesis. 27.

  • NutricinAUTTROFAque no depende de luz, sino de energa qumica que obtiene de la oxidacin desustancias inorgnicas sencillas ->QUIMIOLITTROFOS.
  • Exclusivo deBACTERIAS.
  • Se clasifica en:

T13. Anabolismo. 6 Quimiosntesis.

  • QUIMIOSNTESIS DEL NITRGENO
  • QUIMIOSNTESIS DEL AZUFRE
  • QUIMIOSNTESIS DEL HIERRO
  • QUIMIOSNTESIS DEL HIDRGENO

28. T13. Anabolismo. 6 Quimiosntesis. Nitrobacter winogradskyi Nitrosomonas europaea Son bacterias distribuidas en suelos y aguas.Oxidanamoniaco (NH 3 )produciendo nitrito ( NO 2 ) y nitrato ( NO 3 ) Contribuyen alciclo del nitrgenoenriqueciendo el suelo con nitratos, nutriente esencial para las plantas que incorporan el N a la cadena trfica. Utilizan el Sy son capaces de vivir en las sulfataras, emanaciones volcnicas ricas en este elemento. Se utilizan paradescalcificar suelos(ya que producen H 2 SO 4que acidifica los suelos). Thiomargarita namibiensis

  • QUIMIOSNTESIS DEL NITRGENO
  • QUIMIOSNTESIS DEL AZUFRE

29. T13. Anabolismo. 6 Quimiosntesis. 30. T13. Anabolismo. 6 Quimiosntesis. Thiobacillus ferrooxidans Aprovechan la energa de oxidacin de Fe (ferroso) -> Fe (frrico) Abundan en aguas residuales de muchas minas. Capaces de utilizarH 2y, algunas de ellas, pueden utilizar CO 2como fuente de carbono por lo que seran auttrofas facultativas. Micrococcus denitrificans

  • QUIMIOSNTESIS DEL HIERRO
  • QUIMIOSNTESIS DEL HIDRGENO

31.

  • Sntesis de GLUCOSA en organismo hetertrofos a partir de:
    • cido lctico.
    • Aminocidos.
    • Metabolitos del ciclo de Krebs.
  • OBJETIVO:mantener los niveles adecuados de glucosa para satisfacer los requerimientos metablicos del organismo.
  • Tiene lugar en elhgadoy parte delrin .
  • Este proceso no sigue siempre el camino inverso de la gluclisis pero s participan algunas enzimas.
  • BALANCE ENERGTICO:
    • Cuesta ms producir glucosa a partir del cido lctico que lo que se obtiene en su degradacin.
    • Es ventajosa ya que evita la excesiva acumulacin de cido lctico en las clulas musculares cuando hay insuficiente oxigenacin.

T13. Anabolismo. 7 Otras rutas anablicas. Gluconeognesis. 32. T13. Anabolismo. 7 Otras rutas anablicas. Gluconeognesis Vs Gluclisis 33.

  • OBJETIVO:Almacenar el exceso de GLUCOSA de la dieta en forma de GLUCGENO en clulas hepticas.
  • El proceso est mediado por la hormonaINSULINA .
        • (hormona producida en el pncreas y que disminuye la [glucosa] en sangre).
  • Si hay un exceso de glucosa tambin puede seguir otras rutas tras degradarse a Acetil-CoA en la gluclisis.
    • Ser convertido en cidos grasos.
    • Oxidarse en el ciclo de Krebs.
    • Participar en la sntesis de aminocidos.
  • OBJETIVO:Degradacin del GLUCGENO de clulas hepticas para liberar GLUCOSA.
  • El proceso est mediado por la hormonaGLUCAGN .
        • (hormona producida en el pncreas y que aumenta la [glucosa] en sangre).

T13. Anabolismo. 7 Otras rutas anablicas. Glucogenognesis. Glucogenolisis. 34. T13. Anabolismo. 7 Otras rutas anablicas. Glucogenognesis. Glucogenolisis. 35. T13. Anabolismo. 7 Otras rutas anablicas. GLUCGENO HEPTICO GLUCGENO MUSCULAR Funcin principal Otras funciones Depsitos Control hormonal Comparacin de las funciones del glucgeno heptico y muscular. Mantenimiento de la concentracin de glucosa en sangre. Combustible de reserva para la contraccin muscular. Utilizado como combustible para cualquier tejido: el hgado contiene glucosa-6-fosfatasa que desfosforila la glucosa y permite que salga a la sangre. Ninguna, el msculo carece de glucosa-6-fosfatasa y la glucosa-6-fosfato no puede abandonarlo. Aprox. el 10% del hgado. Slo duran 12-24 h durante el ayuno. Aprox. el 1-2% del peso del msculo (pero tenemos mucha ms masa muscular, por lo que hay el doble de glucgeno que en el hgado). El glucagn y la adrenalina estimulan la glucogenolisis. La insulina estimula la sntesis. La adrenalina estimula la glucogenolisis. La insulina estimula la sntesis. 36.

  • Generalmente tomamos los aminocidos en la dieta ingiriendo protenas de otros animales, de las plantas o los hongos ->no todos los podemos obtener de la dieta.
  • Los aminocidos que una especie animal no puede sintetizar son llamadosesencialesy el organismo decimos que esauxtrofo.
  • Los humanos somosauxtrofos para 9 aminocidos esenciales.
  • PARA SER SINTETIZADOS ES NECESARIO:
    • Una fuente denitrgeno (captado de la atmsfera y transformado a NO3 por bacterias del N).
    • El esqueleto carbonatado procede de mltiples intermediarios de la gluclisis y el ciclo de Krebs.

T13. Anabolismo. 7 Otras rutas anablicas. Sntesis de aminocidos.