U10 Anabolismo
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Síntesis del metabolismo propio de los organismos autótrofos
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- 3. Biología • 2.º de bachillerato Saro Hidalgo CLASES DE ORGANISMOS SEGÚN SU TIPO DE NUTRICIÓN FOTÓTROFOS QUIMIÓTROFOS LITÓTROFOS (Autótrofos) FOTOLITÓTROFOS (bacterias fotosintéticas del azufre, todos los vegetales con clorofila) QUIMIOLITÓTROFOS (Bacterias quimiosintéticas) ORGANÓTROFOS (Heterótrofos) FOTOORGANÓTROFOS Bacterias purpúreas no sulfurosas QUIMIOORGANÓTROFOS Muchas bacterias, todos los animales, todos los hongos
- 4. Biología • 2.º de bachillerato Saro Hidalgo Fotosíntesis en las plantas
- 5. Biología • 2.º de bachillerato Saro Hidalgo La molécula de clorofila
- 6. Biología • 2.º de bachillerato Saro Hidalgo Etapas de la fotosíntesis Espectro de la luz visible
- 7. Biología • 2.º de bachillerato Saro Hidalgo Espectros de absorción de los pigmentos fotosintéticos
- 8. Biología • 2.º de bachillerato Saro Hidalgo
- 9. Biología • 2.º de bachillerato Saro Hidalgo Fotosistemas
- 10. Biología • 2.º de bachillerato Saro Hidalgo Localización del proceso fotosintético. Relación fase luminosa y oscura
- 11. Biología • 2.º de bachillerato Saro Hidalgo Transporte de electrones en la fase lumínica de la fotosíntesis
- 12. Biología • 2.º de bachillerato Saro Hidalgo LA FASE LUMINOSA DE LA FOTOSÍNTESIS
- 13. Biología • 2.º de bachillerato Saro Hidalgo http://www.science.smith.edu/departme nts/Biology/Bio111/calvin3.swf
- 14. Biología • 2.º de bachillerato Saro Hidalgo Fosforilación sintética: acoplamiento quimiosmótico en las membranas tilocoidales
- 15. Biología • 2.º de bachillerato Saro Hidalgo
- 16. Biología • 2.º de bachillerato Saro Hidalgo
- 17. Biología • 2.º de bachillerato Saro Hidalgo
- 18. Biología • 2.º de bachillerato Saro Hidalgo Transporte de electrones y fotofosforilación cíclica Este mecanismo permite obtener ATP sin necesidad de utilizar NADP+
- 19. Biología • 2.º de bachillerato Saro Hidalgo La fotosíntesis. La luz
- 20. Biología • 2.º de bachillerato Saro Hidalgo
- 21. Biología • 2.º de bachillerato Saro Hidalgo Fase oscura de la fotosíntesis: Fijación de CO2 atmosférico Reducción del 3-fosfoglicerato ribulosa-1,5-bisfosfatofosfato Compuesto inestable 2 moléculas
- 22. Biología • 2.º de bachillerato Saro Hidalgo Ciclo de Calvin
- 23. Biología • 2.º de bachillerato Saro Hidalgo Etapas del ciclo de Calvin
- 24. Biología • 2.º de bachillerato Saro Hidalgo 3 CO2 + 3 ribulosa-1,5-bisfosfato + 6 NADPH + 6 H+ + 9 ATP gliceraldehido-3-P + 3 ribulosa-1,5-bisP + 6 NADP+ + 9 ADP + 9 Pi Balance del ciclo de Calvin
- 25. Biología • 2.º de bachillerato Saro Hidalgo Fotorrespiración
- 26. Biología • 2.º de bachillerato Saro Hidalgo Vía para la fijación del carbono en las plantas C4
- 27. Biología • 2.º de bachillerato Saro Hidalgo Quimiosíntesis NH3 NH3
- 28. Biología • 2.º de bachillerato Saro Hidalgo La importancia de la fotosíntesis
- 29. Biología • 2.º de bachillerato Saro Hidalgo
Notas del editor
- Para comprender mejor el anabolismo, es necesario tener claras las formas de nutrición de los organismos según el tipo de materia que intercambian con su entorno y la fuente primaria de energía que les resulta útil para fabricar su propia biomasa
- Así los organismos necesitan : Una fuente ambiental de carbono, así tenemos los autótrofos, su fuente de carbono es el CO2 ambiental y los heterótrofos, utilizan moléculas orgánicas sencillas Una fuente ambiental de Hidrógeno, para reducir moléculas que, al aceptarlo, alcancen un elevado potencial de reducción, es decir, un potencial redox muy negativo. Según la fuente de hidrógeno, los organismos pueden ser : Litótrofos, si el H procede de sustancias inorgánicas como H2S o H2O, u organótrofos, si precisan de moléculas más complejas. Un aceptor último de los hidrógenos (electrones) que permita la oxidación del aceptor con la consiguiente liberación de energía, que hará posible la síntesis de biomoléculas: aerobios, si el oxígeno molecular es el último aceptor, o anaerobios, si es otra sustancia
- Para comprender mejor el anabolismo, es necesario tener claras las formas de nutrición de los organismos según el tipo de materia que intercambian con su entorno y la fuente primaria de energía que les resulta útil para fabricar su propia biomasa Así los organismos necesitan : Una fuente ambiental de carbono, así tenemos los autótrofos, su fuente de carbono es el CO2 ambiental y los heterótrofos, utilizan moléculas orgánicas sencillas Una fuente ambiental de Hidrógeno, para reducir moléculas que, al aceptarlo, alcancen un elevado potencial de reducción, es decir, un potencial redox muy negativo. Según la fuente de hidrógeno, los organismos pueden ser : Litótrofos, si el H procede de sustancias inorgánicas como H2S o H2O, u organótrofos, si precisan de moléculas más complejas. Un aceptor último de los hidrógenos (electrones) que permita la oxidación del aceptor con la consiguiente liberación de energía, que hará posible la síntesis de biomoléculas: aerobios, si el oxígeno molecular es el último aceptor, o anaerobios, si es otra sustancia. Esta clasificación se aplica tanto al organismo como a las células individuales. Pero en los organismos pluricelulares autótrofos, cabe la posibilidad de que algunas células de sus tejidos sean heterótrofas y funcionan de modo quimioorganótrofo, es el caso de los vegtales más evolucionados
- La fotosíntesis permite que las células capten la energía luminosa del Sol y la transformen en energía química; la única energía útil para cualquier ruta metabólica. Esta energía se almcena y poseteriormente la aprovechan en la síntesis de principios inmediatos. Este proceso se realiza en las células que tienen cloroplastos, es decir, plastos con clorofila.
- Para que la energía de la luz pueda ser utilizada por los seres vivos, primero es necesario que sea absorbida. Las sustancias que absorben la luz son los pigmentos que se encuentran en las membranas tilacoidales de los cloroplastos. Son moléculas que contienen un cromóforo, grupo químico capaz de absorber una longitud de onda particular del espectro visible. Entre estas moléculas se encuentran las clorofilas (clorofila, a, b y bacterioclorofila), la xantófila y los carotenoides. Clorofila: un anillo de porfirina y una cola de fitol con la función de mantener la clorofila integrada en la mb de los tilacoides
- En los eucariotas, la clorofila a es el pigmento implicado en la transformación de la energía de la luz en energía química. La mayor parte de las células fotosintéticas contienen además, otros tipos de pigmentos, que, en las plantas y algas verdes son la clorofila b y los carotenoides; en las diatomeas y ciertos protozoarios es la clorofila c. Las clorofilas a y b absorben las longitudes de onda correspondientes a la luz violeta, azul , naranja y roja; los carotenoides absorben las longitudes de onda violeta, azul y verde. La clorofila y otros pigmentos, al captar los fotones, pasan a un estado excitado; cuando vuelven a su estado primitivo, ceden una energía que es capaz de excitar a una molécula contigua. Como hay diversas moléculas de pigmentos, las longitudes de onda captadas son muchas, y, así la excitación va pasando de una a otra molécula.
- La luz que incide sobre una hoja se compone de una gran variedad de longitudes de onda, por lo que la presencia de pigmentos con diferente propiedades de absorción garantiza que un mayor porcentaje de fotones pueda estimular la fotosíntesis. Al parecer la clorofila b y los carotenoides pueden hacer pasar la energía a la clorofila a, con lo que se incrementa la cantidad de luz disponible para la fotosíntesis. Esta gráfica es un espectro de absorción y demuestra la eficacia total de la fotosíntesis a diferentes longitudes de onda. Este espectro indica las longitudes de onda realmente eficaces para conseguir una respuesta fisiológica.
- La fotosíntesis consiste en la síntesis de materia orgánica, a partir de diversos compuestos inorgánicos que las plantas toman del medio (suelo y aire), con el aporte de energía procedente de la luz solar. nCO2 + n H2O + sales minerales + energía lumínica materia orgánica + n O2
- Las moléculas de clorofila de los cloroplastos actúan juntas como una unidad fotosintética o fotosistema, en la cual sólo hay un miembro del grupo, la clorofila del centro de reacción , que actúa transfiriendo los electrones a un aceptor. Aunque el conjunto de moléculas no participa directamente en la conversión de energía, todas se encargan de absorber luz y forman una especie de antena para atrapar fotones de diferente longitud de onda. Así cuando una molécula se excita al captar un fotón, se transfiere dicha energía de excitación a una molécula cercana por un proceso de resonancia; finalmente esta se transfiere a la molécula de pigmento situada en el centro de reacción. Existen dos fotosistemas en las membranas tilacoidales de los cloroplastos de las plantas, el I y el II, el I es P700, debido a que absorbe mejor a una longitud de onda de 700mm, y el II es P680
- La fotosíntesis consta de dos fases, la fase luminosa o fotoquímica y la fase oscura o biosintética. La fase lumínica comprende un conjunto de reacciones dependientes de la luz, que tienen lugar en las membranas tilacoidales. En ella los electrones liberados tras la incidencia de los fotones sobre los fotosistemas se utilizan para reducir NADP+ a NADPH. A través de la cadena transportadora de electrones, la cadena de estos electrones se utiliza en la síntesis de ATP, proceso denominado fotofosforilación. La fase oscura está formada por un conjunto de reacciones que no dependen de la luz, y que tiene lugar en el estroma; en estas reacciones se aprovechan la energía y el poder reductor obtenido en la fase lumínica para asimilar y reducir el carbono del CO2, y así se obtienen biomoléculas exclusivas de los seres vivos mediante un proceso de fijación del carbono
- Los dos fotosistemas son excitados simultáneamente por la luz. Se utiliza un esquema en Z, los fotosistemas actúan en serie
- Los cloroplastos contienen unas 300 moléculas más de clorofila de las requeridas patra la fotosíntesis. Ello significa que estas moléculas actúan juntas como una unidad fotosintética o fotosistema, en la cual solo un miembro del grupo, la clorofila del centro de reacción actúa transfiriendo los electrones a un aceptor. Aunque el conjunto de moléculas de clorofila no participa directamente en la conversión de energía, todas se encargan de absorber luz y forman una especie de antena para atrapar fotones de diferente longitud de onda. Así cuando una molécula se excita al captar un fotón, se transfiere dicha energía a una molécula cercana por un proceso de resonancia; finalmente esta se transfiere a la molécula del pigmento situada en el centro de reacción.
- 3-Pglicerato o glicerldehido-3-P o Ácdido 3-fosfoglicérico
- La fase oscura o biosintética es un conjunto de reacciones que no requieren la presencia de luz. En ella, los productos de las reacciones lumínicas, ATP y NADPH, se emplean para reducir moléculas con alto estado de oxidación, como el CO2, el nitrato NO3-, y el sulfato SO42-, y transformarlas en materia orgánica. Estas moléculas son fuente de carbono, nitrógeno y azufre, respectivamente. El proceso de reducción más importante es el del CO2; por ello se conocen tb como reacciones de fijación del CO2 o ciclo de Calvin. Curiosidad: ¿Cómo se identificaron las moléculas orgánicas que se producían durante la fijación del CO2? Los científicos iluminaban hojas en presencia de 14CO2 (CO22 que contiene un isótopo radiactivo del carbono 14C) durante intervalos de tiempo muy pequeños y posteriormente separaban y estudiaban qué compuestos orgánicos contenían 14C. Así se pudo identificar que el primer producto de la fijación del CO2 es un átomo de tres átomos de C, el ácido 3-fosfoglicérico (un intermediario de la glucólisis)
- Destino del gliceraldehido-3-fosfato, a partir de él se inician numerosas rutas metabólicas que conducen a la síntesis de hexosas, ácidos grasos y aminoácidos. Algunas de la moléculas de G-3-P formadas en el ciclo de Calvin se usan en los mismos cloroplastos para formar almidón. Otras triosas-fosfato son transportadas fuera de los cloroplastos y utilizadas en el citoplasma para formar sacarosa y otros polisacáridos, como los que forman las paredes celulares.
- La enzima rubisco que cataliza la fijación del CO2 por parte de la ribulosa-1,5-bisfosfato, al principio del ciclo de >Calvin, tb puede catalizar la unión de esta molécula con el oxígeno en un proceso de fotorrespiración, que desprende CO2. Esto ocurre porque el O2 compite con el CO como sustrato de la enzima, ya que esta puede funcionar como oxigenasa además de cómo carboxilasa. La fotorrespiración incluye una serie de reacciones que tiene lugar en el cloroplasto, en el peroxisoma y en la mitocondria. Parte del ATP y del NADPH generados en la fase lumínica de la fotosíntesis se pierden en este proceso. Las plantas C4, al concentrar el CO2 en las células del mesófilo, evitan que la rubisco funcione como oxigenasa y así impiden los efectos negativos de la fotorrespiración.
- Las plantas C4 se denominan así porque el primer intermediario de su metabolismo es un compuesto de cuatro átomos de carbono (ácido oxalacético). Ellas fijan de manera provisional el CO2 en las células del mesófilo gracias a otra enzima diferente de la rubisco que tiene mayor afinidad que ésta por el CO2, para después transportarlo a las células envolventes del haz donde tiene lugar la vía C3
- La quimiosíntesis es la nutrición autótrofa que no depende de la luz como fuente de energía, sino de la energía química que se desprende de una oxidación que realiza el propio organismo, tomando como sustrato sustancias inorgánicas sencillas como amoniaco, nitritos, sulfuros, ión ferroso, hidrógeno, etc. Los organismos que tienen este tipo de nutrición pueden además asimilar el CO2 del medio como fuente de carbono para sintetizar sus propias moléculas. Es un tipo de nutrición que se encuentra exclusivamente en bacterias, que siguen siendo los microorganismos que presentan mayor diversidad en cuanto al modo de aprovechar los recursos ambientales. Los organismos quimiolitótrofos –que utilizan la energía química como forma de energía para reducir el aceptor de hidrógeno y, posteriormente, sintetizar sus propias biomoléculas- se pueden clasificar según el tipo de quimiosíntesis que realizan: Bacterias quimiosintéticas del nitrógeno: unas oxidan amoníaco a nitrito (Nitrosomonas), y otras prosiguen la oxidación hasta nitrato (Nitrobacter). Ambos tipos de bacterias se complementan, y por ello comparten el mismo hábitat, lo que es tóxico para una de ellas (los niveles elevados de amoniaco para Nitrobacter) es eliminado por la otra; lo que una produce, nitritos, constituye el sustrato de oxidación para la otra. Por ello, de ambas depende que se cierre el ciclo del nitrógeno en la naturaleza. Contribuyen a que los suelos sean ricos en nitratos, compuesto inorgánico del nitrógeno que las plantas pueden asimilar por las raíces para sintetizar sus propios aminoácidos. Bacterias quimiosintéticas del azufre : a este grupo pertenecen tiobacterias y bacterias sulfurosas, usan como sustrato oxidable el azufre elemental, sulfuro de hidrógeno, o tiosulfato, el producto resultante es el ácido sulfúrico, esto se usa para desalcalinizar suelos demasiado calcáreos, el sulfúrico transforma el carbonato cálcico en sulfato cálcico (yeso) que por su solubilidad puede eliminarse del suelo lavando las tierras. Bacterias quimiosintéticas del hierro: entre estas bacterias que aprovechan la energía de oxidación de hierro ferroso a férrico se encuentra tb una tiobacteria, Thiobacilus ferrooxidans, que abunda en aguas residuales de minas. Bacterias quimiosintéticas del hidrógeno : bacterias capaces de utilizar la oxidación dl H2 como fuente de energía