Presentación13

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Presentación13

  1. 1. T13 – ANABOLISMO
  2. 2. T13. Anabolismo. 1 – Formas de nutrición de los organismos. Cualquier organismo necesita para vivir: 1. Una fuente de CARBONO (para construir el esqueleto de sus biomoléculas).  CO2 ambiental → AUTÓTROFOS.  Moléculas orgánicas → HETERÓTROFOS. 2. Una fuente de HIDRÓGENO (e-) (para reducir moléculas).  H2O, H2S → LITÓTROFOS.  Moléculas más complejas → ORGANÓTROFOS. 3. Una fuente de ENERGÍA (para hacer posibles las reducciones).   Luz → FOTÓTROFOS. Energía química → QUIMIÓTROFOS. 4. Un ACEPTOR FINAL DE ELECTRONES (para la liberación de energía).  O2 → AEROBIOS.  OTRA SUSTANCIA → ANAEROBIOS. 5- Un suministro de H2O y SALES MINERALES (N para construir proteínas).
  3. 3. T13. Anabolismo. 1 – Formas de nutrición de los organismos. FUENTE DE ENERGÍA FOTÓTROFOS (Luz) QUIMIÓTROFOS (Energía química) LITÓTROFOS (H2O, H2S) FOTOLITÓTROFOS (bacterias fotosintéticas del azufre, vegetales con clorofila) QUIMIOLITÓTROFOS (bacterias quimiosintéticas) ORGANÓTROFOS (Moléculas complejas) FOTOORGANÓTROFOS (bacterias purpúreas no sulfurosas) QUIMIOORGANÓTROFOS (otras bacterias, animales y hongos) FUENTE DE HIDRÓGENO ÚLTIMO ACEPTOR DE H (e-) AEROBIOS (Oxígeno) ANAEROBIOS (Otras sustancias) SUMINISTRO DE NITRÓGENO Para fabricar proteínas AUTÓTROFOS (CO2) HETERÓTROFOS (Materia orgánica) FUENTE DE CARBONO
  4. 4. T13. Anabolismo. 2 – Fotosíntesis (I): Pigmentos y fotosistemas. Nuestra vida en la Tierra depende de un proceso muy especial que tiene lugar en las algas y plantas verdes: FOTOSÍNTESIS. FOTOSÍNTESIS VEGETALES CLOROPLASTOS Principios inmediatos
  5. 5. T13. Anabolismo. 2 – Fotosíntesis (I): Pigmentos y fotosistemas. Pigmentos fotosintéticos.  Son moléculas que absorben luz y se sitúan en la membrana de los tilacoides formando los FOTOSISTEMAS (junto con proteínas específicas).
  6. 6. T13. Anabolismo. 2 – Fotosíntesis (I): Pigmentos y fotosistemas.    TIPOS DE PIGMENTOS: ► CLOROFILA a, b y c. ► CAROTENOIDES. • Cada pigmento incluye un cromóforo: grupo químico 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 captación energética. • Cuanta mayor sea la variedad de pigmentos que tiene un cloroplasto, mayor eficiencia en la absorción de luz mostrará. ESTRUCTURA DE LA CLOROFILA: • Anillo de porfirina: absorbe la luz, los e- forman una nube a su alrededor. • Cadena hidrófoba de fitol: mantiene la clorofila en la membrana fotosintética. EXCITACIÓN DE PIGMENTOS: • Fotones → Pigmentos captan energía → excitación (cambio en la distribución de e-). • Pigmentos vuelven a su estado inicial → liberación de energía química + Q + fluorescencia.-12 -15 Excitación → 10 segundos. Liberación → 10 segundos.
  7. 7. T13. Anabolismo. 2 – Fotosíntesis (I): Pigmentos y fotosistemas. La Radiación Fotosintéticamente Activa PAR = 400-700 nm • La energía de 1 fotón (= cuanto de luz) es mayor en el extremo VIOLETA que en el ROJO. • 1 mol de fotones = 1 Einstein = 6 ∙ 1023 fotones. • La energía de 1 Einstein = 170-300 kJ. • En el extremo del INFRARROJO o MICROONDAS la energía de 1 Einstein es demasiado pequeña. • En el extremo del ULTRAVIOLETA o RAYOS X 1 Einstein tiene tanta energía que puede dañar proteínas y ácidos nucleicos. LAS PLANTAS UTILIZAN LA LUZ VISIBLE PARA HACER FOTOSÍNTESIS
  8. 8. T13. Anabolismo. 2 – Fotosíntesis (I): Pigmentos y fotosistemas. Fotosistemas.  SON: conjunto de pigmentos fotosintéticos (≈300) + proteínas específicas.  Actúan a modo de ANTENA para atrapar fotones de diferente longitud de onda.  ¿Cómo captan los fotones?    Un pigmento se excita al captar un fotón. La energía “rebota” sobre pigmentos cercanos. (patata caliente entre las manos). Finalmente llega a moléculas especiales de estas moléculas→ CENTRO ¿Por qué son especiales Clorofila a de Clorofila a del CENTRO DE REACCIÓN? DE REACCIÓN. Cuando absorben la energía, se oxidan. transfieren e- a un Aceptor Primario de Electrones Inicio de la Cadena de Transporte de Electrones
  9. 9. T13. Anabolismo. 2 – Fotosíntesis (I): Pigmentos y fotosistemas. TIPOS DE FOTOSISTEMAS:  Fotosistema I (PS I):    En membranas de tilacoides no apilados en contacto con el estroma. Centro Reacción: 2 clorofilas a P700 (máxima absorción a 700 nm de λ). Fotosistema II (PS II):   En los grana. Centro Reacción: 2 clorofilas a P680 (máxima absorción a 680 nm de λ).
  10. 10. T13. Anabolismo. 2 – Fotosíntesis (I): Pigmentos y fotosistemas. Fotosíntesis. FASE LUMÍNICA • Conjunto de reacciones dependientes de luz. • LUGAR: membranas tilacoides. • OBJETIVOS: • Los e- liberados en los fotosistemas se utilizan para NADP- → NADPH. • Cadenas Transportadoras de e- → Energía → síntesis ATP (FOTOFOSFORILACIÓN). FASE OSCURA • Conjunto de reacciones Independientes de luz. • LUGAR: estroma. • OBJETIVO: • Se aprovecha la ENERGÍA y PODER REDUCTOR biomoléculas (FIJACIÓN DEL CARBONO). para obtener
  11. 11. T13. Anabolismo. 3 – Fotosíntesis (II): Fase lumínica. H2O (raíz) Fotólisis del H2O 2H+ 2e- 2e O Base de la vida AEROBIA del Base de la vida AEROBIA del planeta planeta
  12. 12. 3 – Fotosíntesis (II): Fase lumínica.   FASES: Una vez que los fotones de la luz excitan los dos fotosistemas y producen la fotólisis del H2O:  Los 2 e- del H2O son recogidos por el PSII.  2 e- excitados salen del PSII y son captados por la FEOFITINA. Los e- pasan a varias moléculas de PLASTOQUINONA y de ahí al CITOCROMO b6f. Simultáneamente otros 2 e- han salido del PSI y han sido captados por la FITOQUINONA A0. Los 2 e- captados por la feofitina se desplazan hasta el PSI reemplazando los eperdidos. Los 2 e- captados por la fitoquinona A0 llegan hasta el NADP+y se sintetiza NADPH. El movimiento de los e- a través de los transportadores permite al citocromo b6f utilizar la energía que estos liberan para transportar H+ en contra de un gradiente electroquímico, desde el estroma hacia el espacio tilacoidal. Este gradiente es aprovechado por la ATP-sintetasa para fosforilar ATP.      
  13. 13. T13. Anabolismo. 3 – Fotosíntesis (II): Fase lumínica.  Al absorber energía, algunos e- pasan a niveles energéticos superiores en los aceptores primarios de e-. La vuelta a la posición primitiva desprende energía que excita a una molécula contigua y continua el proceso.
  14. 14. 3 – Fotosíntesis (II): Fase lumínica. T13. Anabolismo.  Se produce en las membranas tilacoidales.  La energía captada permite romper la molécula de H2O que produce O2, libera H+ y e-. Los eliberados sustituyen a los excitados por la luz que sirven para reducir el NADP + , fabricar NADPH y, simultáneamente, fabricar ATP. Se utilizan 4 H+ para fabricar un ATP.  Intervienen los 2 fotosistemas y los e- que liberan no regresan a ellos.
  15. 15. T13. Anabolismo. 3 – Fotosíntesis (II): Fase lumínica.   Fotofosforilación (síntesis de ATP): Puede ser CÍCLICA (→ PSII al PSI) y NO CÍCLICA (→ PSI).  Los H+ van del estroma → membrana tilacoidal.  Los H+ vuelven de la membrana tilacoidal → estroma (ATP-sintetasa). Fotofosforilación NO cíclica.  Es el “camino” explicado hasta ahora.  Excitación PSII → Feofitina → Plastoquinonas → Citocromo b6f → PSI → Fitoquinona A 0 → Síntesis de NADH y ATP.  El complejo ATP-sintetasa se localiza en la cara estromática de la membrana tilacoidal.  Los H+ son bombeados hacia el interior del tilacoide a través del Citocromo b6f → se crea un gradiente electroquímico → se genera fuerza protomotriz.  Los H+ atraviesan la ATP-sintetasa hacia el estroma, fosforilando ADP + Pi → ATP.  (4H+ → 1ATP)
  16. 16. T13. Anabolismo. 3 – Fotosíntesis (II): Fase lumínica. Fotofosforilación cíclica.  Puede ocurrir que haya transporte cíclico de e- independiente del PSII: Fotones estimulan el PSI. Transferencia e- a la FERREDOXINA → no se llega a formar NADPH Transferencia e- al CITOCROMO b6f → H+ al interior tilacoide → se forma ATP → no se rompe H2O
  17. 17. T13. Anabolismo. 3 – Fotosíntesis (II): Fase lumínica.  Se produce en las membranas tilacoidales.  No se reduce NADP+ a NADPH, ni se rompen moléculas de H2O por lo que no se produce O2.  Solo intervienen el fotosistema 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 un ATP pasando por la ATPasa. Estroma Espacio tilacoidal
  18. 18. T13. Anabolismo. 4 – Fotosíntesis (III): Fase oscura. Ciclo de Calvin o C3  Conjunto de reacciones cíclicas Independientes de luz. LUGAR: estroma.  OBJETIVO:    Se aprovecha la ENERGÍA (ATP) y PODER REDUCTOR (NADPH) obtenidos en la fase lumíníca para sintetizar glúcidos sencillos (FIJACIÓN DEL CARBONO) FASES:   Compuesto inicial: ribulosa-1,5-bifosfato (RuBP) (compuesto de 5C). RuBP + CO2 → ácido 3-fosfoglicérico (PGA) (compuesto de 3C → vía C3) Ribulosa 1,5 bifosfato carboxilo oxigenasa (RUBISCO)  PGA → 6 moléculas de gliceraldehido-3-fosfato (GAP) → 5 moléculas se reciclan a RuBP → 1 molécula se usa para sintetizar glúcidos en el citosol. NADPH → NADP+ ATP → ADP + Pi (obtenidos en la fase luminosa) Glucosa Gluconeogénesis Fructosa
  19. 19. T13. Anabolismo. 4 – Fotosíntesis (III): Fase oscura.
  20. 20. T13. Anabolismo. 4 – Fotosíntesis (III): Fase oscura. RESUMEN de la FOTOSÍNTESIS Condiciones ¿Dónde? ¿Qué ocurre? Resultados Reacciones que capturan energía. Luz Tilacoides • La luz sobre el Fotosistema II lanza electrones cuesta arriba. • Estos electrones son reemplazados por electrones de moléculas de H2O que liberan O2. • Los electrones pasan a lo largo de la cadena de transporte de electrones, al Fotosistema I y, de este al NADP+ que se reduce formando NADPH. • Como resultado de este proceso se forma un gradiente de potencial electroquímico a partir del cual se produce ATP. La energía de la luz se convierte en energía química que se almacena en enlaces de ATP y NADPH. Reacciones de fijación del Carbono. No requieren luz (aunque algunas enzimas son reguladas por ella). Estroma CICLO DE CALVIN : • El NADPH y el ATP de las fases anteriores se utilizan para reducir el CO2. • Se produce Gliceraldehido fosfato a partir del cual pueden formarse glucosa y otros compuestos orgánicos. La energía química del ATP y NADPH se usa para incorporar Carbono a moléculas orgánicas.
  21. 21. T13. Anabolismo. 4 – Fotosíntesis (III): Fase oscura. BALANCE ENERGÉTICO  La obtención de moléculas de azúcar tiene un elevado consumo energético.  Para sintetizar 1 HEXOSA a partir de 6 CO2, se requieren:   12 NADPH. 18 ATP. 6 CO22+ 12 NADPH + 12H+++ 18 ATP → 1 Hexosa + 12 NADP+++ 18 ADP + 18 Pi 6 CO + 12 NADPH + 12H + 18 ATP → 1 Hexosa + 12 NADP + 18 ADP + 18 Pi FOTORRESPIRACIÓN Ribulosa 1,5 bifosfato carboxilo oxigenasa (RUBISCO)  Se da cuando la desprende CO2).  Disminuye la eficiencia fotosintética. Puede ocurrir cuando [O2] > [CO2] (p. e. cierre de estomas por altas temperaturas).  invierte su actividad (Fija O2 y
  22. 22. T13. Anabolismo. 4 – Fotosíntesis (III): Fase oscura.  Las Plantas C4 han conseguido reducir este problema almacenando el CO2 en ciertos tejidos de sus hojas (mesófilo) y la RUBISCO en otra zona diferente de manera que mantienen la relación entre las concentraciones de los dos gases en condiciones adecuadas para evitar la fotorrespiración. Esto implica cierto gasto de ATP pero resulta beneficiosa en el rendimiento final. Este es el caso del maíz y la caña de azúcar.
  23. 23. Tema 13: ANABOLISMO El aumento de CO2 incrementa el rendimiento de la fotosíntesis. Hay un valor máximo de asimilación para cada organismo. mm3 de O2/hora 5.- FACTORES QUE INTERVIENEN EN LA FOTOSÍNTESIS 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 0 123 lux 21,9 lux 6,31 lux 1,74 lux 0,407 lux 5 10 15 20 25 30 Concentración de CO2 (mol/l) El aumento de O2 disminuye la eficacia de la fotosíntesis. Se produce la fotorrespiracíón (RUBISCO invierte su actividad durante el día, fija O2 y desprende CO2) Asimilación de CO2 (mol/l) 100 0,5% O2 80 20% O2 60 40 20 0 0 10 20 30 Intensidad de la luz (x10 erg/cm /seg) 4 2 40 50
  24. 24. Al disminuir la humedad se produce una sensible disminución de la fotosíntesis, se cierran los estomas para reducir la pérdida de agua y se reduce la asimilación de CO2. Intensidad fotosintética Tema 13: ANABOLISMO Humedad 400 350 El rendimiento fotosintético aumenta con la temperatura hasta un punto máximo que es la Tª óptima de actividad enzimática. mm3 de O2/hora 300 250 200 150 100 50 0 0 10 20 30 Temperatura ( C) o 40 10 20 30 40
  25. 25. La fotosíntesis es proporcional a la intensidad de luz hasta un punto en el que su rendimiento se estabiliza según cada pigmento. Intensidad fotosintética Tema 13: ANABOLISMO Planta de sol Planta de sombra Longitud de onda. El rendimiento óptimo se realiza con luz roja (680 nm) o azul (400 nm). Por encima de 700 nm deja de actuar el PSII y disminuye bruscamente. Tasa relativa de fotosíntesis Intensidad luminosa 120 100 80 60 40 20 0 400 500 Longitud de onda (nm) 600 700
  26. 26. T13. Anabolismo. 6 – Quimiosíntesis. • QUIMIOSÍNTESIS DEL NITRÓGENO Son bacterias distribuidas en suelos y aguas. Oxidan amoniaco (NH3) produciendo nitrito (NO2) y nitrato (NO3) Nitrosomonas europaea Contribuyen al ciclo del nitrógeno enriqueciendo el suelo con nitratos, nutriente esencial para las plantas que incorporan el N a la cadena trófica. Nitrobacter winogradskyi • QUIMIOSÍNTESIS DEL AZUFRE Utilizan el S y son capaces de vivir en las sulfataras, emanaciones volcánicas ricas en este elemento. Se utilizan para descalcificar suelos (ya que producen H2SO4 que acidifica los suelos). Thiomargarita namibiensis
  27. 27. T13. Anabolismo. 6 – Quimiosíntesis. • QUIMIOSÍNTESIS DEL HIERRO Thiobacillus ferrooxidans Aprovechan la energía de oxidación de Fe (ferroso) → Fe (férrico) Abundan en aguas residuales de muchas minas. • QUIMIOSÍNTESIS DEL HIDRÓGENO Capaces de utilizar H2 y, algunas de ellas, pueden utilizar CO2 como fuente de carbono por lo que serían autótrofas facultativas. Micrococcus denitrificans
  28. 28. 7 – Otras rutas anabólicas. T13. Anabolismo. Síntesis de aminoácidos.  Generalmente tomamos los aminoácidos en la dieta ingiriendo proteínas de otros animales, de las plantas o los hongos → no todos los podemos obtener de la dieta.  Los aminoácidos que una especie animal no puede sintetizar son llamados esenciales y el organismo decimos que es auxótrofo.  Los humanos somos auxótrofos para 9 aminoácidos esenciales.  PARA SER SINTETIZADOS ES NECESARIO:  Una fuente de nitrógeno (captado de la atmósfera y transformado a NO3 por bacterias del N).  El esqueleto carbonatado procede de múltiples intermediarios de la glucólisis y el ciclo de Krebs.
  29. 29. 7 – Otras rutas anabólicas. T13. Anabolismo. Gluconeogénesis.  Síntesis de GLUCOSA en organismo heterótrofos a partir de:        Ácido láctico. Aminoácidos. Metabolitos del ciclo de Krebs. OBJETIVO: mantener los niveles adecuados de glucosa para satisfacer los requerimientos metabólicos del organismo. Tiene lugar en el hígado y, en parte,en elriñón. Este proceso no sigue siempre el camino inverso de la glucólisis pero sí participan algunas enzimas. BALANCE ENERGÉTICO:   Cuesta más producir glucosa a partir del ácido láctico que lo que se obtiene en su degradación. Es ventajosa ya que evita la excesiva acumulación de ácido láctico en las células musculares cuando hay insuficiente oxigenación.
  30. 30. T13. Anabolismo. 7 – Otras rutas anabólicas. Gluconeogénesis Vs Glucólisis
  31. 31. T13. Anabolismo. 7 – Otras rutas anabólicas. Glucogenogénesis.   OBJETIVO: Almacenar el exceso de GLUCOSA de la dieta en forma de GLUCÓGENO en células hepáticas. El proceso está mediado por la hormona INSULINA. INSULINA (hormona producida en el páncreas y que disminuye la [glucosa] en sangre).  aminoácidos. Glucogenolisis.   OBJETIVO: Degradación del GLUCÓGENO de células hepáticas para liberar GLUCOSA. El proceso está mediado por la hormona GLUCAGÓN. GLUCAGÓN (hormona producida en el páncreas y que aumenta la [glucosa] en sangre).

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