TEMA 11 - wikimibiologia

TEMA 11. EL ANABOLISMO
1. Formas de nutrición de los organismos
- El anabolismo es la vía constructiva del metabolismo. La ruta
de síntesis de moléculas complejas a partir de moléculas
sencillas.
- Anabolismo autótrofo: Paso de moléculas inorgánicas, H2O,
CO2, NO3-, a moléculas orgánicas sencillas: glucosa, glicerina
o aa.
o Anabolismo fotosintético o fotosíntesis. Se utiliza la
energía luminosa. Plantas, algas, cianobacterias y
bacterias fotosintéticas.
o Anabolismo quimiosintético o quimiosíntesis: utiliza la
energía procedente de reacciones de oxidación de
compuestos inorgánicos. Algunos tipos de bacterias
- Anabolismo heterótrofo: es la transformación de moléculas
orgánicas sencillas a otras de mayor complejidad, ya sea
como función de reserva o estructural.
- Los seres autótrofos sirven como fuente de alimento a los
heterótrofos
2. La fotosíntesis
- Proceso de conversión de la energía luminosa del sol en
energía química, que queda almacenada en moléculas
orgánicas.
- Es posible gracias a los pigmentos fotosintéticos que son
capaces de captar la energía luminosa y utilizarla para activar
alguno de sus e- y transferirlos a otros átomos,
- Fotosíntesis oxigénica: los electrones se obtienen del agua
- H2O -------------- 2H+ + 2e- + 1/2O2
- En esta reacción se produce oxígeno que se libera
- Fotosíntesis anoxigénica o bacteriana: Se descomponen
moléculas de ácido sulfhídrico:
- H2S------------------- 2H+ + 2e- + S
- No se libera oxígeno. Es propia de bacterias purpúreas y
verdes del azufre.
2.1 Estructuras fotosintéticas
- Son los cloroplastos. En su estroma están los tilacoides con
los pigmentos fotosintéticos.
- Las cianobacterias carecen de cloroplastos pero tienen
tilacoides en su citoplasma
- Las bacterias que realizan fotosíntesis anoxigénica no tienen
cloroplastos ni tilacoides, sino clorosomas que contienen
bacterioclorofila.
2.2 Pigmentos fotosintéticos
- En plantas verdes: clorofilas y carotenoides (de tipo
isoprenoide. (lípidos). Absorben la luz a distintas longitudes de
onda.
- Clorofila a: absorbe luz de longitud de onda 683nm
- Clorofila b: 660 nm
- Cianobacterias: ficobilinas
- Algunas algas: además de clorofilas, ficocianina y ficoeritrina
- Estos pigmentos están asociados a proteínas en las
membranas tilacoidales constituyendo los complejos antena.
(que captan la energía luminosa y la transmiten a otros
pigmentos) Las moléculas fotorreceptoras no intervienen
directamente en el proceso fotodependiente, sino que se
encargan de absorber energía lumínica y la transfieren a una
molécula especial de clorofila: centro de reacción.
- Existen dos tipos de estas moléculas: P700 y el P680 que
aluden a las distintas λ a la que presentan la máxima eficacia.
- Estas moléculas se denominan también pigmentos diana
2.3 Fotosistemas
-
Conjunto formado por la molécula de clorofila del centro de
reacción asociada a unas moléculas aceptoras de e-. También
puede definirse como la unidad de captación de la energía
solar. Sus componentes son los complejos antena y el
centro de reacción. Se encuentran en las membranas de los
tilacoides.
- En estos fotosistemas tienen lugar los procesos químicos
dependientes de la luz
- En plantas y cianobacterias hay dos tipos de fotosistemas:
PSI (cuyo centro de reacción es el P700 y el PSII (P680). Aquí se
lleva a cabo la fotosíntesis oxigénica.
- La mayoría de las bacterias poseen un único PS y realizan
una fotosíntesis anoxigénica.
2.4 Visión general de la fotosíntesis
La fotosíntesis consta de dos fases:
La fase lumínica que depende de la luz y se realiza en los
tilacoides de los cloroplastos. Los electrones liberados tras la
incidencia de la luz en los fotosistemas se usan para formar
NADPH. En la cadena transportadora de electrones la energía de
esos
electrones
se
usa
para
sintetizar
ATP.
La fase oscura, independiente de la luz. Se realiza en el estroma y
en ella se usa la energía de la fase luminosa para fijar dióxido de
carbono y obtener moléculas orgánicas.
2.5 Fase lumínica de la fotosíntesis
1) Captación de energía luminosa
2) Transporte electrónico dependiente de la luz
3) Síntesis de ATP o fotofosforilación
1. Captación de energía luminosa
 Las moléculas fotorreceptoras no intervienen directamente en
el proceso fotodependiente, sino que se encargan de absorber
energía lumínica y la transfieren a una molécula especial de
clorofila: centro de reacción.
 Existen dos tipos de estas moléculas: P700 y el P680 que
aluden a las distintas λ a la que presentan la máxima eficacia.
 Estas moléculas se denominan también pigmentos diana
2. Transporte electrónico dependiente de la luz
 La energía contenida en los fotones de la luz se emplea en
“impulsar” determinados e- de la clorofila del centro de
reacción desde niveles energéticos “normales” hasta niveles
muy altos: excitación del centro de reacción.
 Al tener algunos e- excitados, (con más energía de la habitual)
esta molécula tiene gran tendencia a cederlos a un compuesto
aceptor, es decir, queda convertida en un reductor muy
potente.
 Los e- cedidos por el centro de reacción excitado
“descienden” por una cadena de moléculas transportadoras,
situadas en la membrana tilacoidal, que se reducen y oxidan
sucesivamente al captar y luego liberar dichos e-, hasta un
aceptor electrónico final.
 Cuando el aceptor final de e- es el NADP+, el flujo electrónico
es abierto y se obtiene NADPH (esquema en Z).
1º Excitación del fotosistema I: al absorber la energía de los
fotones, un electrón del centro de reacción la capta y pasa a un
nivel excitado.
2º La molécula del centro de reacción cede ese e- a una proteína
transportadora de e- (ferredoxina)
3º la ferredoxina lo cede al sistema enzimático NADP+ reductasa y
se obtiene NADPH. Poder reductor para la fase oscura.
4º El PSI queda cargado positivamente (ha perdido un e-). Recibe edel PSII excitado por la luz, para poder repetir el proceso.
5º El PSII recibe e- del agua que es el donador electrónico (fotólisis
del agua) y libera O2
- La cadena de transportadores electrónicos que conecta los
dos fotosistemas está compuesta por:
a) feofitina: semejante a la clorofila pero sin Mg
b) plastoquinona: liposoluble, semejante a los transportadores
mitocondriales.
c) Complejo de citocromos b-f: cadenas polipeptídicas asociadas
a grupos hemo semejante a las mitocondriales.
d) Plastocianina: contiene Cu. Proteína. Actúa de donador
inmediato de e- al PSI
- El flujo que se produce en la cadena de transporte que
conecta los dos fotosistemas crea un gradiente quimiosmótico
de H+ que se emplea en la producción de ATP.
 Cuando el aceptor final de e- es el propio centro de reacción:
flujo electrónico cíclico.
- En algunas situaciones, la clorofila del centro de reacción del
PSI cede e- a la cadena transportadora y los e- vuelven de
nuevo al centro de reacción del PSI: recorrido cíclico.
- Se produce ATP ya que los e- recorren la cadena de
transportadores situada en la membrana tilacoidal pero no
NADPH (ya que no se produce oxidación ni reducción neta de
ningún compuesto).
- En células vegetales la demanda de ATP es mayor que la de
NADPH y se realiza la fotofosforilación cíclica para cubrir
estas necesidades.
3. Síntesis de ATP o fotofosforilación
 Recibe este nombre porque, en último término, se produce
gracias a la energía contenida en los fotones de la luz
 La energía que van perdiendo los e- al “descender” por las
moléculas de la cadena transportadora sirve para bombear H+
desde el estroma al interior del tilacoide.
 Como consecuencia se produce un gradiente protónico entre
ambos lados de la membrana tilacoidal: en el interior el pH es
5 y en el estroma el pH es 8
 Este gradiente de H+ es una forma de energía que se emplea
en la fosforilación del ATP.
 El proceso es similar al explicado en el tema anterior: la
membrana del tilacoide no permite el libre paso de H+. Sólo
pueden volver al estroma a través de unas ATPasas
translocadoras de H+.
 Al pasar los H+ a través de las ATPasas (a favor de
gradiente), dicho gradiente se disipa y la energía se emplea
en la fosforilación del ADP que se convierte en ATP.
 Cuando el flujo electrónico es abierto, la fotofosforilación se
denomina no cíclica porque los e- siguen un recorrido abierto
desde un donador primario (el agua) hasta un aceptor final, el
NADP+.
 Cuando el flujo electrónico es cíclico, la fotosforilación también
se denomina cíclica.
http://www.biologia.edu.ar/plantas/fotosint2.htm
2.6 Fase oscura de la fotosíntesis
http://recursostic.educacion.es/ciencias/biosfera/web/alumno/2bachillerato/
Fisiologia_celular/contenidos10.htm
- Se utiliza la energía (ATP) y el NADPH para sintetizar MO a
partir de sustancias inorgánicas.
- Es una fase independiente de la luz
- La fuente de carbono es el CO2, la fuente de nitrógeno son los
nitratos y nitritos y la de azufre los sulfatos.
- Fijación del CO2: se incorpora el CO2 en la ribulosa 1-5
difosfato gracias a la ribulosa 1,5 difosfato carboxilasa o
rubisco. Obtenemos dos moléculas de 3 fosfoglicerato (de tres
átomos de C. se suelen denominar plantas C3
- Reducción del átomo de C procedente del CO2:
o Mediante el consumo de ATP y NADPH el ácido 3fosfoglicérico es reducido a gliceraldehído 3 fosfato
(G3P). Este puede seguir las siguientes vías:
 Regeneración de la ribulosa 1-5 difosfato
gracias a la enzima fosforribuloquinasa. Es un
proceso complejo en el que se suceden
compuestos de 4, 5 y 7 átomos de C. (ciclo de las
pentosas-fosfato)
 Síntesis de almidón, ácidos grasos y aminoácidos
en los cloroplastos. Se transforma en piruvato y en
acetilCoA
 Síntesis de glucosa y fructosa (fuera del
cloroplasto) por un proceso similar a la glucólisis
pero en sentido inverso.
Balance de la síntesis de compuestos de carbono
- Por cada CO2 que se incorpora en el ciclo de Calvin, se
requieren dos moléculas de NADPH y tres de ATP: para una
glucosa serán necesarias 12 NADPH y 18 ATP
- Para conseguir 12 NADPH en la fase luminosa acíclica, se
hidrolizan 12 moléculas de H2O
- Por cada molécula de agua hidrolizada se introducen 4
protones en el tilacoide: 48 protones
- Por cada 3 protones que salen por la ATP-sintetasa, se
produce un ATP
- En total se producen 16 ATP. Como se necesitan 18 para
sintetizar una molécula de glucosa. Los restantes se deben
producir mediante la fase luminosa cíclica
- En resumen:
12H2O + 6CO2------------C6H12O6 + 6 O2 + 6H2O
- El agua libera:
- 6 oxígenos a la atmósfera
- 12 H2 para la glucosa
- 12 H2 para los 6 O2 sobrantes del CO2 que forman agua
24 hidrógenos en total----------------24 H+ + 24 eCada e- precisa dos fotones (PSI y PSII): 48 fotones
Ciclo de Calvin necesita por cada CO2 incorporado 2 NADPH + 3
ATP
Una molécula de glucosa: 12 NADPH + 18 ATP
Síntesis de compuestos de nitrógeno y azufre
- Las plantas toman el nitrógeno en forma de ión nitrato NO3-.
En el cloroplasto se reduce y forma ácido glutámico. El
proceso requiere NADPH y ATP
- El azufre lo toman como iones sulfato SO42-. Se reduce y
forma parte del aa cisteína. También requiere NADPH y ATP.
2.7 Factores que influyen en la fotosíntesis
- Intensidad luminosa. Cada especie está adaptada a vivir en
un intervalo de intensidad de luz (las hay de luz y de sombra).
A mayor intensidad luminosa aumenta la fotosíntesis, hasta
superar ciertos límites en los que se produce la fotooxidación
de los pigmentos fotosintéticos
- Concentración de CO2. Aumenta al aumentar la concentración
de CO2 hasta un máximo debido a la saturación de la enzima
rubisco
- Temperatura. Cada especie está adaptada a un intervalo de
temperatura. La fotosíntesis aumenta con la temperatura
hasta un valor determinado en el que se desnaturalizan las
enzimas y se detiene el proceso
- La humedad. Si hay poca humedad las plantas cierran los
estomas y se dificulta la captación del CO2
- Concentración de O2. cuando aumenta la concentración de
oxígeno, disminuye el rendimiento de la fotosíntesis, pues se
produce fotorrespiración (el oxígeno compite con el CO2 como
sustrato por la enzima rubisco). En estas condiciones la
enzima rubisco cataliza la oxidación de la ribulosa-1-5
difosfato.
3 La quimiosíntesis
- Consiste en la síntesis de ATP a partir de la energía que se
desprende en las reacciones de oxidación de determinadas
sustancias inorgánicas.
- Son bacterias quimioautótrofas o quimiolitotrofas
- Cierran los ciclos biogeoquímicos, posibilitando la vida en el
planeta