El documento describe los procesos de fotosíntesis y quimiosíntesis. La fotosíntesis oxigénica implica la fotolisis del agua y la fijación del CO2 para producir azúcares y O2, mientras que la fotosíntesis anoxigénica usa otros aceptores de electrones en lugar del agua. La quimiosíntesis también produce materia orgánica a partir de compuestos inorgánicos mediante la oxidación de sustancias como sulfuros. Ambos procesos proporcionan la energía y los material
2. Fotosíntesis
H2 X + Y
Fotosíntesis oxigénica
Proceso X = O2
Y = CO2, sales
minerales y nitratos
Seres
Metafitas y algas verdes:
clorofilas a y b y carotenoides
(carotenos y xantofilas)
Algas rojas y cianobacterias:
clorofila a, ficocianina y
ficoeritrina
Algas pardas: clorofilas a y c y
carotenoides (xantofilas)
H2 Y + X
Fotosíntesis anoxigénica
X = S,...
Y = sales minerales y
nitratos
Bacterias verdes del azufre,
púrpuras sulfúreas y no sulfúreas:
bacterioclorofila
Arqueobacterias:
bacteriorrodopsina
3. Fotosíntesis oxigénica
Reacción general:
H2O + CO2+ Luz + clorofila
6H2O + 6CO2+ Luz + clorofila
(CH2O) + O2+ H2O
C6H12O6+ 6O2+ 6H2O
Etapas:
Fase lumínica: fotolisis del agua y fotofosforilación;
obtención de energía, moléculas reductoras y oxígeno.
En las membranas de los tilacoides del cloroplasto
Fase oscura: ciclo de Calvin; obtención de materia
orgánica. En el estroma del cloroplasto
4. Potencial redox
electropositivo
Los fotosistemas
Potencial redox
electronegativo
Antena: pigmentos
(clorofilas, carotenos,
xantofilas,...), lípidos y
proteínas.
Centro de reacción (P)
P
D
A
D, dador de e- P, pigmento: clorofila A, aceptor de
a y proteínas
eFS H2O
II
λ = 680 nm
Q
FS Plastocianina
I
λ = 700 nm
X
5. Fase lumínica de la fotosíntesis
Potencial
redox (mV)
-800
2NADP2H
-600
X
4e- Fd
-400
Q
-200
0
4H+
200
400
600
800
PQ
4e-
O2
4e- Pc
4e
4e-
H2O
Mn
4e-
b6-f
-
4eATP
Z
1000
Nr
2NADP
4e4e-
4e-
FSI
luz
FSII
luz
Dirección del flujo de electrones
6. Rendimiento de la fase lumínica
Proceso no cíclico
Gasto:
2 moléculas de agua
Luz
2 moléculas de NADP
1 molécula de ADP + Pi
Rendimiento:
2 moléculas de NADP2H
1 molécula de ATP
Proceso cíclico
Gasto:
Luz
1 molécula de ADP + Pi
Rendimiento:
1 molécula de ATP
8. Fase oscura de la fotosíntesis.
Ciclo de Calvin
• No requiere luz
• Utiliza el NADP2H y el ATP obtenidos en
la fase lumínica
• Se obtiene materia orgánica a partir de
materia inorgánica (CO2) mediante
reducción
• Sucede en el estroma del cloroplasto
• La materia orgánica se almacena o se
distribuye al resto de la planta
9. Ciclo de Calvin-Benson
6CO2
12 ADP
12 ác. 1,3
difosfoglicérico (3C)
6 ribulosa
bifosfato (5C)
6 ATP
12 ATP
12 ác. 6 fosfoglicérico (3C)
ribulosa bifosfato
carboxilasa
6 ADP + Pi
12 NADP
12 NADP2H
12 Pi
12 gliceraldehido 3P (3C)
4: 5C
2 5C
2: 4C
2: 7C
2: 3C
2: 3C
2: 6C
2: 3C
4: 3C
6: 3C
Fructosa 6 P
Glúcidos y
materia orgánica
10. Modificaciones del ciclo de Calvin
Fotorrespiración: ambiente cálido y seco. Cierre de estomas para
evitar la pérdida de agua, con acumulación de O2 y escasez de CO2 .
La rubisco oxida la ribulosabifosfato
CO2
O2
células estomáticas
con cloroplastos
Estoma abierto
O2
ribulosa biP + O2
ciclo de
rubisco
oxidación
Calvin
CO2 Estoma cerrado
CO2 + otros productos orgánicos
oxidación
ác. Fosfoglicérico (3C) +
ác. Fosfoglicólico (2C)
cloroplasto
peroxisoma
11. Plantas C4. Ruta de Hatch-Slack
Otra adaptación a climas cálidos y secos: cereales y caña de azúcar.
En éstas, la fijación de CO2 se lleva a cabo en células perivasculares.
Estas células están cubiertas por células del mesófilo que bombean
CO2 a las células perivasculares.
CO2
oxalacético (4C)
NADP2H
fosfoenolpirúvico (3C)
RUTA DE
HATCH-SLACK
NADP
AMP
málico (4C)
málico (4C)
Célula del
mesófilo
ATP
pirúvico (3C)
pirúvico (3C)
Célula
perivascular
azúcares
CO2
NADP
NADP2H
Plantas crasuláceas:
cactus. Ambientes
muy secos. Se abren
por la noche.
Ru biP Calvin
Fijan el CO2 en
forma de málico en
una vacuola
12. Factores que influyen en la
fotosíntesis
favorables:
• Concentración de CO2.
desfavorables:
• Concentración de O2.
• Intensidad lumínica
(excepto fotooxidación).
• La cantidad de agua.
otros:
El color de la luz
La temperatura. Cada especie muestra su intervalo
óptimo con suficiente luz y CO2.
13. Fotosíntesis anoxigénica
No se produce O2 sino otras sustancias. Utiliza una molécula distinta del agua
como donante de electrones (poder reductor) y obtener materia orgánica a partir
de materia inorgánica.
Bacterias verdes del azufre. Utilizan SH2 O H2 . Desprenden S.
Bacterias púrpuras del azufre. Utilizan SH2 . Acumulan el S en su interior.
Bacterias púrpuras no del azufre. Utilizan moléculas orgánicas sencillas (pirúvico,
láctico, etc.).
Proceso:
etapa lumínica: sólo fotosistema I en la membrana.
lumínica
Similar a la etapa cíclica para obtener ATP y acíclica
para formar NAD2H.
etapa oscura: similar a la vista.
14. Importancia biológica de la fotosíntesis
• Importancia evolutiva: se había agotado la materia
orgánica.
• Aparición de la fotosíntesis anoxigénica.
• Aparición del fotosistema II. Fotolisis del agua y
liberación de oxígeno.
• Formación de ozono. Filtración de radiaciones y
salida de seres vivos a la superficie.
• Utilización de la fuente energética más abundante.
• Soporte de la vida en la Tierra.
16. Incorporación del Nitrógeno atmosférico
Eucariotas no
Bacterias
heterótrofas
N2
Cianobacterias; libres o
energía
asociadas a hongos: líquenes
Bacterias heterótrofas como
Azotobacter (O2) o
Clostridium (sin O2)
simbiosis
nitrogenasa
NH3
Rhizobium –
leguminosas.
Importancia
ecológica
17. Anabolismo heterótrofo
Obtención de moléculas orgánicas complejas a partir de moléculas
orgánicas simples.
En autótrofos a partir del ciclo de Calvin o bien de reacciones
comunes a los heterótrofos.
En heterótrofos, las toman del medio como monómeros y forman los
polímeros a partir de ellos.
Rutas metabólicas que, en general, son inversas a las del catabolismo
18. Anabolismo de Glúcidos: gluconeogénesis
ADP ATP
fructosa di P
fructosa 6 P
Pi
triosas P
ADP ATP
glucosa 6 P
glucosa
Pi
CO2
GDP+Pi
ac. fosfoenolpirúvico
GTP
ADP+Pi
ác. oxalacético 4C
ATP
NAD2H
ác. pirúvico 3C
NAD
aá
ác. pirúvico 3C
ác. málico
ác. málico
ATP
NAD
CO2
ADP+Pi
NAD2H
aá
ác. oxalacético 4C
La glucosa no puede obtenerse del acetilCoA. De los ác. grasos
19. Anabolismo de glúcidos: glucogenogénesis
Almidón (n+1 glucosas)
glucógeno
(n+1 glucosas)
Almidón
(n glucosas)
glucógeno
(n glucosas)
UDP-glucosa
ADP-glucosa
sacarosa
Ciclo de
Calvin
6GAP
pirúvico
UTP
glucosa 1 P
glucosa 6 P
fructosa di P
UDP-glucosa
UTP
glucosa 1 P
glucosa 6 P
gliceraldehido P glucosa
célula vegetal
pirúvico
ADP
ATP
gliceraldehido P
célula animal
20. Anabolismo de lípidos: acilglicéridos
NADP2H NADP
CH3–CH=CH-COSCoA
CH3–CH2-CH2-COSCoA (4C)
H2O
ác. graso
6C
12C 8C
10C
acilglicérido
CH3–CHOH-CH2-COSCoA
NADP
NADPH2
CH3–CO-CH2-COSCoA
pirúvico NAD
HS-CoA
CoA
NAD2H
CO2 acetilCoA
CO2
ATP ADP+Pi
acetilCoA
CO2
glicerol
Lípidos
malonilCoA
Glúcidos
21. Ruta del glioxilato: Glioxisomas en semillas
ác. Graso (n C)
2 acetilCoA
ác. oxalacético
n/2 acetilCoA
ác. succínico
cuerpo lipídico
glioxisoma
glucosa
hialoplasma
22. Quimiosíntesis
XH2
oxidación
2H+
energía
NAD NAD2H ADP+Pi
ATP
CO2, NO2-, etc.
X
glúcidos, lípidos,
prótidos, etc.
bacterias de la nitrosificación (Nitrosomonas): NH3 a NO2bacterias de la nitrificación (Nitrobacter): NO2- a NO3bacterias incoloras del azufre: oxidan sulfuros, sulfitos, etc.
bacterias del metano: CH4 a CO2
bacterias del hidrógeno: H2 a H2O
bacterias del hierro: compuestos ferrosos a férricos
bacterias del monóxido de carbono: CO a CO2
23. Anabolismo de Proteínas y Ácidos Nucleicos
• Cada aminoácido tiene su
ruta. Difieren entre distintas
especies.
• Recordar transaminación,
desaminación y aminación.
• Incorporación de Nitrógeno en
autótrofos (aéreo y terrestre).
• Aminoácidos esenciales.
• Utilización de aminoácidos
para otras moléculas: tiroxina,
nucleótidos, ciclo
tetrapirrólico...
• Traducción o biosíntesis de
proteínas.
• Diferentes rutas para cada
base nitrogenada.
• Intervienen diferentes
aminoácidos (ác. Aspártico
para uridina y citidina) .
• Los nucleótidos se sintetizan a
partir de la pentosa, el fosfato
y la base nitrogenada.
• Los ácidos nucleicos mediante
los procesos de duplicación
(ADN) y transcripción (ARN).