TEMA 8B. El metabolismo (Anabolismo)

2º Bachillerato - BiologíaBonifacio San MillánIES Muriedas

El metabolismo (anabolismo)

PANORÁMICA GENERAL DEL METABOLISMO: Simultaneidad

NECESIDAD DE REGULACIÓN: De la síntesis enzimática: (A nivel de

transcripción, traducción o maduración) De la actividad enzimática: (Activación de

proenzimas, inhibición, etc.) Por compartimentación : localización de los

enzimas

LA FOTOSÍNTESIS INTRODUCCIÓN

PROCESO GENERAL : 6 CO2 + 12 H2O C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O

ETAPAS: FASE LUMINOSA síntesis de ATP y NADPH

FASE OSCURA Fijación de CO2 y síntesis orgánica:

Consumo de los productos de la fase lumínica (ATP y NADPH)

LA FOTOSÍNTESIS

LA FOTOSÍNTESIS

FASE LUMINOSA síntesis de ATP y NADPH PIGMENTOS: clorofilas a y b (vegetales y

cianobacterias) c y d (algas) bacterioclorofila (bacterias fotosintéticas), carotenoides y ficobilinas (algas) ESPECTRO ÚTIL (visible 400- 700 nm)

FUNDAMENTO: resonancia, excitación electrónica y transporte redox de e-

UNIDADES FUNCIONALES: LOS FOTOSISTEMAS:

CCL (c.antena) + Centro de reacción (Clor. a, dador y aceptor)

Fotosistema I (P700) y Fotosistema II (P680) ATPasa TRANSPORTADORES ELECTRÓNICOS

LA FOTOSÍNTESIS

FASE LUMINOSA síntesis de ATP y NADPH PIGMENTOS:

Clorofilas (verdes) a y b (vegetales y cianobacterias) c y d (algas) Bacterioclorofila (bacterias fotosintéticas),

Carotenoides (vegetales, algas y cianobacterias)

Carotenos (marrones y anaranjados) Xantofilas (amarillos)

Ficobilinas (algas y cianobacterias) Ficocianinas (azules) Ficoeritrinas ( rojos)

LA FOTOSÍNTESIS

CLOROFILAS

CAROTENOIDES

Xantofilas

Carotenos

Ficobilinas

Ficoeritrina

Ficocianina

Cromatografía

PIGMENTOS: ESPECTRO ÚTIL (visible 400- 700 nm)

LA FOTOSÍNTESIS (Fase lumínica)

FASE LUMINOSA síntesis de ATP y NADPH FUNDAMENTOS:

Fluorescencia: No se da en la fotosíntesis

LA FOTOSÍNTESIS

El electrón excitado vuelve al orbital original y pierde la energía absorbida en forma de luz y

calor

FASE LUMINOSA síntesis de ATP y NADPH FUNDAMENTOS:

Resonancia

LA FOTOSÍNTESIS

La energía pasa por resonancia de unos pigmentos a otros hasta el centro de reacción

FASE LUMINOSA síntesis de ATP y NADPH FUNDAMENTOS:

Excitación electrónica

LA FOTOSÍNTESIS

FASE LUMINOSA síntesis de ATP y NADPH FUNDAMENTOS:

Transporte de e- (cadena redox)

LA FOTOSÍNTESIS

FASE LUMINOSA síntesis de ATP y NADPH UNIDADES FUNCIONALES:

LOS FOTOSISTEMAS: CCL (c.antena) + Centro de reacción (Clor. a, dador y

aceptor) Fotosistema I (P700) y Fotosistema II (P680)

LA FOTOSÍNTESIS

1. CCL: Centro colector de luz. Diferentes pigmentos: clorofilas, carotenos,…

2. Centro de reacción:3. Dímero de clorofila A4. Dador de electrones5. Aceptor de electrones

6. Membrana de un tilacoide

FASE LUMINOSA síntesis de ATP y NADPH UNIDADES FUNCIONALES:

LOS FOTOSISTEMAS: (PSI y PSII) Fotosistema I (P700) y Fotosistema II (P680)

LA FOTOSÍNTESIS

FASE LUMINOSA síntesis de ATP y NADPH UNIDADES FUNCIONALES:

ATPasa TRANSPORTADORES ELECTRÓNICOS

LA FOTOSÍNTESIS

Estroma

Espacio intratilacoidal

FASE OSCURA Fijación de CO2 y síntesis orgánica Consumo de los productos de la fase luminica

(ATP y NADPH)

LA FOTOSÍNTESIS

LA FOTOSÍNTESIS : Fase luminosa

FLUJO “NO” CÍCLICO de e-

(Fotofosforilación acíclica)

Esquema en Z: Genera ATP y NADPH Fotolísis del H2O O2 atmosférico

FLUJO “NO” CÍCLICO de e-

(Fotofosforilación acíclica)

LA FOTOSÍNTESIS : Fase luminosa

FLUJO CÍCLICO de e-

(Fotofosforilación cíclica)

Esquema en D: Genera solamente ATP:o Existe mayor requerimiento

Anoxigénica

La Hipótesis quimiosmótica de Mitchell

Estroma

Interior del tilacoide

FASE OSCURA Fijación de CO2 y síntesis orgánica Consumo de los productos de la fase lumínica

(ATP y NADPH)

LA FOTOSÍNTESIS: Fase oscura

FASE OSCURA Fijación de CO2 y síntesis orgánica Consumo de los productos de la fase lumínica

(ATP y NADPH)

LA FOTOSÍNTESIS: Fase oscura

Fases: 1.- Fijación o

Carboxilación

2.- Reducción: Ácido a

aldehído 3.-

Regeneración: Compleja vía

de las pentosas que regenera la Ribulosa 1,5 diP

LA FOTOSÍNTESIS: Fase oscura

F. Fijación

F. Regeneración

F. Reducción

LA FOTOSÍNTESIS: Fase oscura

FASE OSCURA Fijación de CO2 y síntesis orgánica Consumo de los productos de la fase lumínica

(ATP y NADPH)

Proceso general, fase luminosa:

12 H2O + 18 ADP + 18Pi + 12 NADP + → 18 ATP + 12 NADPH + 12 H + + 6O2

Proceso general, fase oscura: 6 CO2 + 18 ATP + 12 NADPH +12 H+ + 6 H2O → HEXOSA + 12 H2O +18 ADP + 18Pi +12 NADP+

Sumemos ambos procesos:

Proceso global:6 CO2 + 12 H2O → HEXOSA (C6H12O6) + 6O2 + 6 H2O

Proceso global simplificado:6 CO2 + 6 H2O → HEXOSA (C6H12O6) + 6O2

LA FOTOSÍNTESIS

ASPECTOS ECOLÓGICOS Y EVOLUTIVOS

1º FOTOSISTEMA I Fotosíntesis anoxigénica (Ej.actual: sulfobacterias fotosíntéticas verdes)

2º FOTOSISTEMA II Fotosintesis oxigénica (Ej. cianobacterias y plantas superiores): Implicaciones:

Atmósfera oxidante (O2) aparición y expansión de los aerobios

Capa de ozono: O2 + O2   O3 + ½ O2

protección (aspectos evolutivos) Aparición de los PRODUCTORES (autótrofos),

base de las cadenas y redes tróficas (aspectos ecológicos)

Bacterias fotosintéticas

Bacterias fotosintéticas

Bacterias púrpurasBacterias verdes

Otras bacterias fotosintéticasCianobacterias

No sulfureasSulfubacterias Sulfubacterias No sulfureas

Clorofila y fotofosforilació

n oxigénica

con

BacterioclorofilaY

fotofosforilación anoxigénica

Fotofosforilaciónacíclica y cíclica

Fotofosforilacióncíclica

con

con

Fotofosforilacióncíclica

con

Fotofosforilacióncíclica muy antigua

con

Con 2 fotosistemas Con 1 fotosistema

ASPECTOS ECOLÓGICOS Y EVOLUTIVOS

1º FOTOSISTEMA I Fotosíntesis anoxigénica Ej.actuales (Con bacterioclorofila): Sulfobacterias fotosíntéticas verdes Sulfobacterias fotosíntéticas púrpuras Bacterias No sulfureas fotosíntéticas verdes Bacterias No sulfureas fotosíntéticas púrpuras

ASPECTOS ECOLÓGICOS Y EVOLUTIVOS

1º FOTOSISTEMA I Fotosíntesis anoxigénica Ej.actuales: Bacterias No sulfureas fotosíntéticas púrpuras Mayoría fotoheterótrofas

ASPECTOS ECOLÓGICOS Y EVOLUTIVOS

1º FOTOSISTEMA I Fotosíntesis anoxigénica Ej.actuales: Sulfobacterias fotosíntéticas verdes La mayoría fotoautótrofas

LA QUIMIOSÍNTESIS

Concepto: Energía a partir de la oxidación de compuestos INORGÁNICOS normalmente por fosforilación oxidativa y síntesis orgánica Autótrofos no fotosintéticos.

Fases: 1ºSust. inorgánica A Sust. Inorgánica

B + ATP (por fosforilación oxidativa) Aceptor final: normalmente, O2 tipo especial de

respiración aerobia NADH por flujo inverso de e- con gasto de ATP

2º Biosíntesis orgánica (c. Calvín o c. Krebs inverso)

oxidación

1ºSust. inorgánica A Sust. Inorgánica B + ATP (por fosforilación oxidativa) Aceptor final: normalmente, O2 tipo especial

de respiración aerobia

Ej. NO2 + 2H+

NO3

½ O2Cadena de transporteElectrónico (redox)

LA QUIMIOSÍNTESIS

H2O

oxidación

ATP

1ºSust. inorgánica A Sust. Inorgánica B + ATP NADH por flujo inverso de e- con consumo de

parte del ATP sintetizado.NAD+

NADH + H+

NO3 -

Cadena de transporteElectrónico (redox)

LA QUIMIOSÍNTESIS

NO2-

oxidación

Consumo de ATP

LA QUIMIOSÍNTESIS

LA QUIMIOSÍNTESIS

Grupos de organismos quimiosintéticos: Organismos: Todos son bacterias Todos quimiolitotróficos

(QUIMIOAUTÓTROFOS) Transformadores cierran los ciclos

biogeoquímicos

LA QUIMIOSÍNTESIS

Grupos de organismos quimiosintéticos: A) B. Nitrificantes:

ej. NH3 NO2 NO3

Importantes en el ciclo del nitrógeno B) B. Del hierro:

Fe+2 Fe+3 ej. Ferrobacillus C) B. Incoloras del azufre:

H2S S H2SO4

D) B. del Hidrógeno y del Metano: H2 H2O CH4   CO2 + H2O

Algunas c y d de las dorsales oceánicas: Productores Ecosistemas independientes del

sol

Nitrosomomas: Nitrobacter

LA QUIMIOSÍNTESIS

Grupos de organismos quimiosintéticos: A) B. Nitrificantes:

ej. NH3 NO2

NO3

Importantes en el ciclo del nitrógeno

Nitrosomomas Nitrobacter

NH4+ + 3/2 O2 NO2 + 2H+ + H2O

NO2 + ½ O2 NO3

NH4+ + NO2

- N2 + 2 H2O (X)

(X) En este caso el aceptor final no es el O2, sino el NO2

Nitrosomomas:

Nitrobacter:

Bacterias anammox:

LA QUIMIOSÍNTESIS

Grupos de organismos quimiosintéticos: A) B. Nitrificantes:

ej. NH3 NO2

NO3

Importantes en el ciclo del nitrógeno

Ej.

Nitrosomomas Nitrobacter

NO2 + ½ O2 NO3

LA QUIMIOSÍNTESIS

LA QUIMIOSÍNTESIS

B) B. Del hierro: Fe+2 Fe+3 ej. Ferrobacillus

Fe2+ + 2H+ + ½ O2 Fe3+ + H2O

LA QUIMIOSÍNTESIS

Grupos de organismos quimiosintéticos:

C) B. Incoloras del azufre: H2S S H2SO4

H2S + ½ O2 S + H2O

S + 2O2 SO42-

Algunas c y d de las dorsales oceánicas:

Productores Ecosistemas independientes del sol

LA QUIMIOSÍNTESIS

Grupos de organismos quimiosintéticos: D) B. del Hidrógeno y del Metano:

H2 H2O H2 + ½ O2 H2O ej.

Pseudomonas 4H2 + CO2 CH4 + 2H2O bact.

Metanógenas

CH4   CO2 + H2OCH4 + 2 O2   CO2 + 2H2O bact. Metanotrofas

Algunas c y d de las dorsales oceánicas: Productores Ecosistemas independientes del

sol

Comparación Fotosíntesis y Quimiosíntesis

OTROS PROCESOS ANABÓLICOS

Cetogénesis

Gluconeoneogénesis

Ruta catabólica

Phe

Tyr

Trp

Ser

Gly

Cys

Asp

Met

Lys

Ile

piruvato

Acetil CoA

Ala

Val

Leu

Funarato

Ácidos grasos

Pro y Arg

Otras rutas anabólicas

La rutas biosintéticas de aa esenciales como TRP, LEU, ILE, VAL, MET, PHE, THR, LYS, aunque existen en la mayoría de los casos, resultan insuficientes y energéticamente muy costosas.

ESQUEMA GENERAL DEL METABOLISMO

TEST DE REPASO

TEMA 8B

Comenta la importancia de la fotosíntesis en la Biosfera Consolidación de los Productores Aparición de l oxígeno:

o veneno + diversificación de los aerobioso Capa de Ozono: Protección y evolución de o. superiores terrestres.

Define en pocas palabras las analogías y diferencias entre fotosíntesis y quimiosíntesis . Analogías: o C. de Calvin (Fase biosintética)

Diferencias: o Obtención de energía y poder reductor: (Fase oxidativa)

Fotosíntesis: E. luminosa: NADPH y (fotofosforilación) ATP

Quimiosíntesis: Oxidación s. inorgánicas (fosforilación oxidativa) ATP . Flujo inverso de e- NADH

Qué papel juegan el ATP y el NADPH en la fotosíntesis? ¿En qué etapa de la misma se sintetizan y consumen respectivamente?

a) Energía y poder reductor para la biosíntesis orgánica b) F. Luminosa (producción) y F. oscura (consumo para biosíntesis)

Describe, a partir de una representación gráfica, el proceso de fotofosforilación acíclica . Indica como se reciclan los coenzimas obtenidos en dicho proceso .

Se recilan oxidándose en el ciclo de Calvin

¿A qué se debe el hecho de que las plantas superiores necesiten dos tipos de fotofosforilación , la cíclica y la acíclica? Ayúdate de una representación grafica.

La fotofosforilación acíclica o esquema en Z produce 1 ATP y un NADPH por ciclo, sin embargo los requerimientos de ATP y NADPH en el ciclo de Calvin son diferentes; se necesitan 12 NADPH y 18 ATP para la síntesis de una glucosa. El aporte extra de ATP lo proporciona la fotofosforilación cíclica o esquema en D, ya que solo genera ATP , no necesitando la foltolisis del agua por lo que es anoxigénica

F. Fijación

F. Regeneración

F. Reducción

Describe las etapas del ciclo de Calvin, indicando los procesos que nos permitan la síntesis de una molécula de glucosa. Indica que enzima permite el proceso inicial de fijación del CO2.Enzima Rubisco: (Ribulosa 1-5difosfato-carboxilasa-oxigenasa)

Define anabolismo: cita un proceso anabólico que tenga lugar en una célula animal y otra vegetal . Parte del metabolismo que incluye el conjunto de procesos químicos de tipo

reductor, divergente y endergónico que permiten a las células sintetizar moléculas orgánicas complejas a partir de moléculas más simples.

Animal: Glucogenogénesis, GLUCONEOGÉNESIS, traducción …Vegetal: Fotosíntesis, sint de almidón, …

Concepto de quimiosíntesis y principales diferencias respecto a la fotosíntesis y fermentación.

a) Procesos biosinteticos (anabólicos) en los que los organismos implicados obtienen la energía y el poder reductor necesarios para síntesis orgánica, a partir de la oxidación de sustancias inorgánicas sencillas a partir de mecanismos basados en la fosforilación oxidativa.

b)Quimiosíntesis: 1º Fase oxidativa

a) ATP x oxidación de s. inorgánica (fosforilación oxidativa) b) NADH: flujo inverso de e-

2º Síntesis orgánica (P. anabólico, reductora)Fotosíntesis: 1º F. luminosa:

a) ATP x fotofosforilaciónb) NADPH x fotolisis o flujo inverso (bacterias no cianoficeas)

2º síntesis orgánica (P. anabólico)Fermentación: (P: catabólico)

1º ATP x oxidación parcial de s. orgánica (fosforilación a n. de sustrato) 2º reciclado de coenzimas (NADH NAD+ ) : fase reductora

Cita un proceso biológico que consuma ATP. Indica en qué lugar de la célula se sintetiza el ATP ¿cuál es el mecanismo de su síntesis? ¿de dónde proceden los electrones que permiten su síntesis? Razona la respuesta. C. de Calvin

Cloroplastos: Fotofosforilación: Electrones de:

fotolisis del H2O Los centros de reacción (P680 y P700)

Citosol : Fosf. a nivel de sustrado Electrones de la oxidación de moléculas orgánicas directamente (los ceden al

coenzima NAD+ Mitocondrias :

Fosforilación oxidativa y a nivel de sustrato (GTP). Electrones de la oxidación de moléculas orgánicas directamente o

indirectamente (los ceden a los coenzimas NAD+ y FAD).

A partir de la ecuación general de la fotosíntesis, indica el destino teórico de los distintos átomos que forman parte de las reactivos iniciales.

6 CO2 + 12 H2O → HEXOSA (C6H12O6) + 6O2 + 6 H2O

El principio de la termodinámica que dice que la energía no se crea ni se destruye sino que se transforma se aplica también a los seres vivos, pues estos son activos intercambiadores de materia y energía con el entorno. ¿En qué forma puede captar energía una célula y en qué la transforma mediante: a) la fotosíntesis y b) la respiración celular? ¿Para qué utiliza la célula esta energía así obtenida en ambos casos? Razona la respuesta. a) E. luminosa E. química (ATP(fotofosforilación), NADPH) para la biosintesis b) E. química (¿protónmotriz?) E. química (oxidación de MO): ATP (Fosforilación

oxidativa y a n. de S )+ E. calorífica1. Biosíntesis2. Contracción (movimiento) o3. Mantenimiento de gradientes (membranas) 

Aunque los aminoácidos de la dieta deberían ser utilizados por el organismo para la formación de proteínas no siempre ocurre así y en muchos casos pueden ser catabolizados. ¿Qué beneficio puede obtener el organismo de la oxidación de un aminoácido? ¿qué productos de desecho se generarían tras la degradación total de los aminoácidos en condiciones aeróbicas? Razona la respuesta: Beneficio: energía ante carencia de nutrientes energéticos por degradación total hasta CO2 y H2O o por síntesis de glucosa o ácidos grasos (aa glucogénicos y cetogénicos). Productos:NH3 (x desaminación), En ureotélicos el NH3 pasa a urea…CO2, H2O (x. degradación de cetoácidos).

Si el proceso fotosintético se resumiese en una reacción química ¿cuáles serían los productos de partida y cuales los obtenidos en el proceso? ¿Qué función desempeñan en este proceso los pigmentos fotosintéticos? Partiendo de la base de que un individuo que realiza la fotosíntesis se considera autótrofo, es decir puede sintetizar sus propias biomoléculas ¿en qué forma y de dónde obtendría los átomos de nitrógeno necesarios para sintetizar sus aminoácidos? Razona la respuesta y pon ejemplo.

6 CO2 + 12 H2O 1 glucosa + 6 O2 + 6 H2O.

Los pigmentos captan e. luminosa que transformada en e. química permite la síntesis orgánica:

o CCL: Captación y transmisión de e por resonanciao Clorofilas del C.de R: excitación electrónica clorofila muy reductora

Fuente de N :o La mayoria de nitratoso Algunos de NH4

+ o N2 (ej. leguminosas en simbiosis con Rhizobium)

¿Puede un organismo considerado autótrofo asimilar el anhídrido carbónico en ambientes apartados de la luz solar u otra fuente de luz? Razona la respuesta y en caso afirmativo pon un ejemplo de organismo que utilice esta estrategia. Si, quimiosintéticos (quimiolitotróficos), ej. Nitrosomonas, etc.Elabora un texto coherente (no más de diez líneas).en el que se relacionen los siguientes compuestos y estructuras: CO2, O2, NADPH, Glucosa, fotosíntesis, H2O, cloroplastos. Texto sobre fotosíntesis, con somera descripción de: etapas: F. luminosa: fotolisis de H2O y producción de O2, ATP, NADPH. F. oscura: consumo de ATP y NADPH, fijación de CO2 y síntesis de Glucosa. También localización celular de cada proceso (cloroplasto) y conclusión final con ecuación general: 6 CO2 + 12 H2O 1 glucosa + 6 O2 + 6 H2O.En el fenómeno biológico representado en la figura identifica la estructura A y la ruta metabólica B. Pon nombre a los integrantes y comenta el papel del ATP y NADPH en este proceso.Fenómeno: FotosíntesisA: Tilacoides (grana) fase luminosa ¿: entra H2O y sale O2

B: Ciclo de Calvin fase oscura ¿: entra CO2 y sale glucosa (C6H12O6)ATP: Se forma en fase luminosa y se consume en fase oscura para la síntesis orgánica (proporciona energía de enlace)NADPH: Se produce en la fase luminosa y se consume en la f. oscura, aporta H para la síntesis orgánica (fuente de H) que junto con el CO2 produce moléculas orgánicas como la glucosa.