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Anabolismo autótrofo Fotosíntesis y Quimiosíntesis.

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1 Anabolismo autótrofo Fotosíntesis y Quimiosíntesis

2 Fotosíntesis H 2 X + Y H 2 Y + X Fotosíntesis oxigénicaFotosíntesis anoxigénica ProcesoX = O 2 Y = CO 2, sales minerales y nitratos X = S,... Y = 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) Bacterias verdes del azufre, púrpuras sulfúreas y no sulfúreas: bacterioclorofila Arqueobacterias: bacteriorrodopsina

3 Fotosíntesis oxigénica Reacción general: H 2 O + CO 2 + Luz + clorofila (CH 2 O) + O 2 + H 2 O 6H 2 O + 6CO 2 + Luz + clorofila C 6 H 12 O 6 + 6O 2 + 6H 2 O 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 Los fotosistemas Potencial redox electropositivo Potencial redox electronegativo P AD D, dador de e - P, pigmento: clorofila a y proteínas A, aceptor de e - FS II H2OH2O λ = 680 nmQ FS I Plastocianina λ = 700 nmX Antena: pigmentos (clorofilas, carotenos, xantofilas,...), lípidos y proteínas. Centro de reacción (P)

5 Fase lumínica de la fotosíntesis Potencial redox (mV) Dirección del flujo de electrones Z FSII Q PQ b 6 -f Pc FSI X Fd luz Mn H2OH2O O2O2 4e - 4H + 4e - 2NADP 2NADP2H Nr 4e - ATP 4e -

6 Rendimiento de la fase lumínica Gasto: 2 moléculas de agua Luz 2 moléculas de NADP 1 molécula de ADP + Pi Rendimiento: 2 moléculas de NADP2H 1 molécula de ATP Gasto: Luz 1 molécula de ADP + Pi Rendimiento: 1 molécula de ATP Proceso no cíclico Proceso cíclico

7 Fotofosforilación membrana del tilacoide estroma espacio tilacoidal Z FSII Q PQ b 6 -f PC FSI Fd partícula F 4e - H2OH2OO2O2 4H + H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ 2NADP2NADP2H 4e - H+H+ ADP + Pi ATP Luz

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 6 ribulosa bifosfato (5C) 6CO 2 ribulosa bifosfato carboxilasa 12 ác. 6 fosfoglicérico (3C) 12 ác. 1,3 difosfoglicérico (3C) 12 ATP 12 ADP 12 gliceraldehido 3P (3C) 12 NADP2H 12 NADP 12 Pi Fructosa 6 P Glúcidos y materia orgánica 2: 6C 6: 3C 2: 3C 4: 3C 2 5C 2: 4C 2: 3C 2: 7C 4: 5C 6 ATP6 ADP + Pi

10 Modificaciones del ciclo de Calvin Fotorrespiración: ambiente cálido y seco. Cierre de estomas para evitar la pérdida de agua, con acumulación de O 2 y escasez de CO 2. La rubisco oxida la ribulosabifosfato Estoma cerrado células estomáticas con cloroplastos Estoma abierto O2O2 CO 2 O2O2 ribulosa biP + O 2 ác. Fosfoglicérico (3C) + ác. Fosfoglicólico (2C) ciclo de Calvin oxidación CO 2 + otros productos orgánicos cloroplasto peroxisoma rubisco

11 Plantas C4. Ruta de Hatch-Slack Otra adaptación a climas cálidos y secos: cereales y caña de azúcar. En éstas, la fijación de CO 2 se lleva a cabo en células perivasculares. Estas células están cubiertas por células del mesófilo que bombean CO 2 a las células perivasculares. Plantas crasuláceas: cactus. Ambientes muy secos. Se abren por la noche. Fijan el CO 2 en forma de málico en una vacuola CO 2 fosfoenolpirúvico (3C)oxalacético (4C) málico (4C)pirúvico (3C) málico (4C)pirúvico (3C) CO 2 Calvin azúcares Ru biP NADP2H NADP ATP AMPRUTA DE HATCH-SLACK Célula del mesófilo Célula perivascular

12 Factores que influyen en la fotosíntesis Concentración de CO 2. Intensidad lumínica (excepto fotooxidación). La cantidad de agua. Concentración de O 2. El color de la luz La temperatura. Cada especie muestra su intervalo óptimo con suficiente luz y CO 2. favorables:desfavorables: otros:

13 Fotosíntesis anoxigénica No se produce O 2 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 SH 2 O H 2. Desprenden S. Bacterias púrpuras del azufre. Utilizan SH 2. Acumulan el S en su interior. Bacterias púrpuras no del azufre. Utilizan moléculas orgánicas sencillas (pirúvico, láctico, etc.). Proceso: etapa lumínica etapa lumínica: sólo fotosistema I en la membrana. Similar a la etapa cíclica para obtener ATP y acíclica para formar NAD2H. etapa oscura: 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.

15 NO 3 - NO 2 - NH 3 ATP NADP2H ADP+Pi NADP ATP NADP2H ADP+Pi NADPD NO 3 - NH 3 Microorganismos quimiosintéticos CICLO DE CALVIN aminoácido En el estroma de las células fotosintéticas

16 Incorporación del Nitrógeno atmosférico N2N2 NH 3 Eucariotas no Cianobacterias; libres o asociadas a hongos: líquenes Bacterias heterótrofas como Azotobacter (O 2 ) o Clostridium (sin O 2 ) Bacterias heterótrofas simbiosis nitrogenasa Rhizobium – leguminosas. Importancia ecológica energía

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 ác. pirúvico 3C ác. oxalacético 4C aá ác. málico NAD NAD2H ac. fosfoenolpirúvico ác. málico ác. oxalacético 4C ADP+Pi ATP CO 2 ATP ADP+Pi NAD2H NAD CO 2 GDP+Pi GTP triosas P fructosa di Pfructosa 6 Pglucosa 6 Pglucosa ADP ATP Pi ADP ATP Pi La glucosa no puede obtenerse del acetilCoA. De los ác. grasos

19 Anabolismo de glúcidos: glucogenogénesis pirúvico gliceraldehido P fructosa di P glucosa 6 P glucosa 1 P ADP-glucosa UDP-glucosa glucosa glucógeno (n glucosas) glucógeno (n+1 glucosas) Almidón (n glucosas) Almidón (n+1 glucosas) Ciclo de Calvin 6GAP UTP sacarosa UTP ADP ATP célula vegetalcélula animal

20 Anabolismo de lípidos: acilglicéridos pirúvico acetilCoA CoA CO 2 NAD NAD2H malonilCoA CO 2 ATP ADP+Pi acetilCoA CO 2 HS-CoA CH 3 –CO-CH 2 -COSCoA NADP NADPH2 CH 3 –CHOH-CH 2 -COSCoA H2OH2O CH 3 –CH=CH-COSCoACH 3 –CH 2 -CH 2 -COSCoA (4C) NADP2H NADP12C 10C 8C 6C Lípidos Glúcidos glicerol ác. graso acilglicérido

21 Ruta del glioxilato: Glioxisomas en semillas cuerpo lipídicoglioxisoma ác. Graso (n C) n/2 acetilCoA 2 acetilCoA ác. succínico glucosa hialoplasma ác. oxalacético

22 Quimiosíntesis XH 2 X oxidación2H + energía CO 2, NO 2 -, etc. glúcidos, lípidos, prótidos, etc. NAD NAD2HADP+Pi ATP bacterias de la nitrosificación (Nitrosomonas): NH 3 a NO 2 - bacterias de la nitrificación (Nitrobacter): NO 2 - a NO 3 - bacterias incoloras del azufre: oxidan sulfuros, sulfitos, etc. bacterias del metano: CH 4 a CO 2 bacterias del hidrógeno: H 2 a H 2 O bacterias del hierro: compuestos ferrosos a férricos bacterias del monóxido de carbono: CO a CO 2

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).


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