TEMA 13 ANABOLISMO.

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1 TEMA 13 ANABOLISMO

2 1.FORMAS DE NUTRICIÓN. Todo organismo requiere ciertos requisitos para su supervivencia. Fuente de carbono Fuente de hidrógeno ( electrones para reducir moléculas) Fuente de Energía Aceptor último de hidrógenos ( electrones) Suministro de sales minerales. Según estas necesidades se establecen ciertas clasificaciones que a continuación veremos

3 1. FORMAS DE NUTRICIÓN -Según la forma de obtener el carbono para formar las moléculas orgánicas, los seres vivos pueden ser : Autótrofos que obtienen el carbono del dióxido de carbono del aire o del agua ( vegetales, algas y algunas bacterias). Heterótrofos que obtienen el carbono a partir de otras moléculas orgánicas ( animales, hongos, protozoos y algunas bacterias) -Según la fuente de energía para la reducción pueden ser: Fotótrofos que utilizan la luz Quimiótrofos obtienen la energía de reacciones químicas. -Según el origen de los hidrógenos para reducir las moléculas pueden ser -Litótrofos que utilizan sustancias inorgánicas ( H2 O, H2 S ) -Organótrofos utilizan moléculas complejas. -Según el último aceptor de electrones: Aerobios: Si el oxígeno molecular es el último aceptor de electrones Anaerobios: Si es otra molécula la que recibe los electrones

4 Clases de organismos: - Fotolitotrofos: Vegetales, bacterias fotosintéticas del azufre. - Fotoorganotrofos: Bacterias purpureas - Quimiolitotrofos: Bacterias quimiosintéticas. - Quimioorganotrofos: Bacterias, animales, hongos

5 2. FOTOSÍNTESIS GENERALIDADES
Es un proceso en el que los seres fotosintéticos transforman energía lumínica del sol en energía química (ATP) y poder reductor (NADPH) para transformar el H2 O y el CO2 en azúcares, liberando oxígeno a la atmósfera. Aparecen dos etapas: - Fase lumínica (dependiente de luz). Tiene lugar en las membranas tilacoidales Capta energía lumínica y la transforma en ATP ( proceso de fotofosforilación) Se consigue poder reductor en forma de NADPH, a partir del agua y se libera oxígeno a la atmósfera. - Fase oscura ( no dependiente de luz). En el estroma. Los productos obtenidos en la fase lumínica se utilizan para reducir al dióxido de carbono a azúcares sencillos. ( Fijación del carbono)

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7 FOTOSISTEMAS. PIGMENTOS
ESTRUCTURA DE LOS FOTOSISTEMAS Son agrupaciones de pigmentos que captan energía lumínica de distinta longitud de onda ( pigmentos antena) y la transfiere al centro de reacción donde se encuentra la clorofila “a” que se excita pierde electrones . Se localizan en la membrana de los tilacoides. PIGMENTOS. Clorofila a, clorofila b, carotenoides, clorofila c(algas), ficobilinas (algas)

8 ESTRUCTURA DE LA CLOROFILA
Es un anillo de porfirina que contienen Magnesio y una cadena hidrófoba de fitol ( isoprenoide) La porfirina recibe la luz y e fitol mantiene el pigmento unido. Existen una serie de dobles en laces que permiten la deslocalización de electrones que forman una nube alrededor de dicho anillo.

9 FUNCIONAMIENTO Cada pigmento del fotosistema capta una longitud de onda determinada de energía solar., la transfieren al centro de reacción donde se excitan las dos moléculas de clorofila “a” que ceden sus electrones a un aceptor que se reduce y la clorofila queda oxidada e inestable. Excitación no es oxidación. Se van excitando moléculas que ceden energia ( menor cantidad ) hasta que se llega al centro de reaccion y ahí si se produce una cesiton de electrones.

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11 Existen dos tipos de fotosistemas en las membranas de los tilacoides.
-Fotosistema I (PSI) que absorbe mejor la longitud de onda de 700 nm, por eso se le conoce también como P700. -Fotositema II (PSII) absorbe mejor la luz de longitud de onda de 680 nm y se le denomina también P680. Cada uno de ellos cede electrones a moléculas aceptoras distintas. PSII impulsa a los electrones desde un punto energetico menor hasta uno a mitad de camino para que luego el PSI los eleve a un nivel energetico mas alto. Los electrones de ambos PS son transferidos a aceptores primarios de electrones y por tanto pasn de estar excitado a oxidados ( carga +) y vuelve a atraer electrones .

12 3. FASE LUMÍNICA FOTOFOSFORILACIÓN NO CICLICA. FOTOSINTESIS OXIGÉNICA.
La luz es captada por el fotosistema II las dos clorofilas “a” pierden su electrón quedando la clorofila inestable. Para recuperar el electrón y por tanto la estabilidad se realiza la fotolisis del agua, en la que el agua por efecto de la energía lumínica se rompe en oxígeno que vuelve a la atmósfera, protones que vuelven al espacio tilacoideo y electrones que estabilizan a la clorofila

13 Los electrones emitidos por las clorofilas “a” son aceptados por la feofitina que los va cediendo a través de una cadena transportadora de electrones, mediante reacciones de oxidación-reducción, formada por la conezima Q, plastoquinona, citocromos y plastocianina, hasta el fotosistema I. De esta forma las clorofilas “a” , que también perdieron sus electrones y se encuentran inestables, se estabilizan En esta cadena transportadora de electrones se libera energía que permite fosforilar al ADP y almacenarla en forma de ATP .Este proceso se denomina fotofosforilación. (ver fotocopia de los tipos de fosforilación) Los electrones emitidos por el fotosistema I pasan a un aceptor la ferredoxina que lo cede a otra cadena transportadora hasta el NADP que se reduce a NADPH+H aceptando dos protones del medio. En este proceso se obtiene energía en forma de ATP, poder reductor en forma de NADPH+H y oxígeno de la fotolisis del agua que se libera a la atmósfera ( lo que permite la vida aerobia en el planeta).

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16 FOTOFOSFORILACIÓN CÍCLICA. FOTOSÍNTESIS ANOXIGÉNICA.
En ocasiones funciona independientemente el fotosistema I ( No se usa PSII) El fotosistema I absorbe la luz y transfiere los electrones a la ferredoxina que lo cede a la cadena transportadora, a la altura del citocromo b . En este caso no se reduce el NADP para formar el NADPH+H, ni se realiza la fotolisis del agua. Por tanto no se obtiene poder reductor ni oxígeno. Sólo se forma ATP. Se realiza uno u otro dependiendo de las necesidades energética de la célula, el ciclo de Calvin necesita mucho ATP. Por tanto cuando tiene suficiente cantidad de poder reductor se realiza este proceso y se obtiene sólo energía.

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18 4. FASE OSCURA GENERALIDADES Se localiza en el estroma
Consiste en incorporar el dióxido de carbono y reducirlo por el NADPH y la energía del ATP, obtenidos de la fase lumínica, para formar azúcares Se realiza mediante el ciclo de Calvin.

19 ETAPAS FASE DE FIJACIÓN O CARBOXILACIÓN.
Esta reacción la controla la enzima rubisco (ribulosa 1,5 difosfatocarboxilasa) Una molécula de CO2 se une a una de ribulosa 1, 5 difosfato( pentosa 5C), formandose un intermediario de 6 carbonos inestable, que rápidamente se rompe en dos moléculas de 3 carbonos 3-fosfoglicérido. FASE DE REDUCCIÓN. La molécula de 3PG se fosforila con el ATP y se reduce con el NADPH y se obtiene GAP (gliceraldehido-3-fosfato). Con este GAP se puede fabricar glucosa, formar ácido pirúvico y acetil-CoA ( para fabricar ácidos grasos) o regenerar la ribulosa-1,5-difosfato utilizada inicialmente. FASE DE REGENERACIÓN. Para que se produzca se necesita partir de 6 moléculas de CO2 que se unen a 6 de ribulosa -1,5-difosfato, dando lugar a 12 GAP. De estas, dos van a originar una de glucosa (6C) y las diez restantes para regenerar las 6 moléculas de ribulosa-1,5-difosfato que vuele a ingresar en el ciclo de Calvin.

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21 BALANCE DEL CICLO DE CALVIN

22 TIPO DE PLANTAS SEGÚN LA FASE OSCURA
PLANTAS C3. Son la mayoría de las plantas y se denominan así ya que realizan el ciclo de Calvin y el primer compuesto que se obtiene es el 3-fosfoglicérido de tres carbonos. PLANTAS C4. Algunas plantas como la caña de azúcar y el maíz no fijan el dióxido de carbono de la misma forma. Para fijar el CO2 utilizan el PEP (fosfoenolpirúvico) de tres carbonos y se obtiene el OAA (ácido oxalacético) de cuatro carbonos de ahí el nombre. El conjunto de reacciones por el cual las plantas C4 fijan el CO₂, recibe el nombre de Ciclo de HATCH-SLACK.

23 5. FACTORES INFLUYEN EN FOTOSINTESIS
Concentración de dióxido de carbono. El aumento en su concentración, aumente el rendimiento fotosintético, hasta alcanzar un valor estable, distinto según la especie al cual se estabiliza. Concentración de oxígeno. Al aumentar la concentración, disminuye la actividad fotosintética. Se debe a la competencia entre el oxígeno y el dióxido de carbono por unirse a la enzima rubisco y dicho aumento favorece la fotorespiración. Humedad. Al descender el grado de humedad, desciende la actividad fotosintética, ya que las plantas cierran los estomas para no perder agua y toman menos dióxido de carbono. Intensidad lumínica y tipo de luz. Aumenta la actividad al hacerlo la intensidad lumínica, hasta estabilizarse..También está condicionado por la longitud de onda de la luz. Temperatura. Condicionada por la temperatura óptima de la actuación de las enzimas

24 6. IMPORTANCIA DE LA FOTOSÍNTESIS.
Transforma energía lumínica, fuente en principio inagotable, en energía química utilizable. Fabrica materia orgánica a partir de materia inorgánica del medio. Reduce los niveles de dióxido de carbono de los ecosistemas , realizando el papel de sumidero y reduciendo el efecto invernadero. Libera oxígeno a la atmósfera, que permite a los seres aerobios realizar su respiración con más eficacia.

25 7. QUIMIOSÍNTESIS CARACTERÍSTICAS. PROCESO.
Existe un grupo de bacterias autótrofas que en lugar de utilizar el sol como fuente energética, utilizan la oxidación de compuestos inorgánicos. Según el compuesto oxidable que utilicen para obtener energía existen bacterias nitrificantes, sulfooxidantes, ferrooxidantes y metanógenas. Existen dos fases; - 1ª Fase: Oxidación de moléculas inorgánicas, obteniéndose energía en forma de ATP y coenzimas reducidas (poder reductor). - 2ª Fase: Los productos obtenidos en la 1ª fase se utilizan para reducir compuestos inorgánicos y transformarlos en orgánicos

26 IMPORTANCIA Permite la independencia del sol como fuente de energía. Pudiendo utilizarse para colonizar zonas afóticas( profundas) Muchas bacterias quimiosintéticas viven en el suelo y forman parte de los descomponedores que transforman la materia orgánica en inorgánica . Esto permite cerrar las cadenas tróficas y que las plantas utilicen la materia inorgánica. Las bacterias del nitrógeno posibilitan la transformación del nitrógeno del aire en amoniaco y luego en nitritos y nitratos, para enriquecer el suelo en nitrógeno.

27 Gluconeogénesis CONCEPTO: es el proceso de síntesis de glucosa, a partir de otras moléculas orgánicas utilizadas en otras rutas metabólicas.( láctico, aminoácidos o metabolitos del cliclo de krebs) El metabolito en el que desembocan todas estás moléculas y que se considera el origen del proceso es el ácido pirúvico. Suele tener lugar en células del hígado y riñón y se desencadena de forma inversa al catabolismo de la glucosa, primero en la mitocondria y después en el citoplasma. El proceso no sigue exactamente el camino inverso de la glucolisis, existen algunas reacciones que si son reversibles, pero otras son exclusivas. BALANCE ENERGÉTICO: producir glucosa desde ácido láctico, supone más gasto que lo que produce la degradación de la glucosa. GLUCOLISIS : se consumen 2ATP y se producen 4ATP GLUCONEOGÉNESIS: consumo de 4 ATP y 2 GTP 2 acido pirúvico+ 4ATP+2GTP+2NADH+2H+3H2O- GLUCOSA + 4ADP+2GDP+6Pi+2NAD Aún así, esta ruta es ventajosa porque evita la excesiva acumulación de ácido láctico en el músculo en situaciones en las que no hay suficiente oxígeno.

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29 Síntesis de aminoácidos
La síntesis de aminoácidos requiere una fuente suministradora de Nitrógeno. El nitrógeno es una gas abundante en la atmósfera pero que solo puede ser incorporado directamente por las bacterias fijadoras del nitrogeno ( Rhizobium y Azotobacter) que lo asimilan reduciendolo a amoniaco. Las plantas y muchos microorganismos ya lo asimilan en froma de nitrato y de amoniaco y se incorpora al ácido cetoglutárico y se transforma en ácido glutámico que es el primer aminoácido sintetizado y de este se van sintetizando el resto. Los seres vivos heterótrofos necesitan ingerir los aminoácidos en la dieta. Los organismos que necesitan ingerir sustancias ya sintetizadas se denominan auxotrofos.