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1 Relaciones Energéticas Capítulo 7 (Starr) Capítulo 7 (pag. 177-194) (Baker, Patterns in Time)

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1 1 Relaciones Energéticas Capítulo 7 (Starr) Capítulo 7 (pag ) (Baker, Patterns in Time)

2 Relaciones Energéticas 1.Fotosíntesis y sus efectos 1.1. Oxidación de hierro y uranio 1.2. Fijación de nitrógeno 2. Respiración celular 3. Enzimas 4.Digestión 5.Niveles trópicos, cadena alimenticia

3 Relaciones Energéticas 1.Fotosíntesis y sus efectos 1.1. Oxidación de hierro y uranio 1.2. Fijación de nitrógeno 2. Respiración celular 3. Enzimas 4.Digestión 5.Niveles tróficos, cadena alimenticia

4 4 Fotosíntesis Heterótrofos organismos que se alimentan de otros. Autótrofos organismos que fabrican su propio alimento. Un autótrofo fabrica sus propias moléculas a partir de energía del exterior Si esta energía es luz estamos hablando de foto-autótrofos

5 Foto autótrofos Plantas Algas rojas y pardas Algunos protistas Algunos procariotas 5

6 6 Fotosíntesis cloroplastos (en toda la planta, hoja) –Algunas orquídeas en las raíces La hoja tiene aberturas por donde entra CO 2 y sale O 2 –Estomas –Lenticelas: aberturas análogas en los tallos Las venas de la hoja llevan H 2 O y transportan los azúcares producto de la fotosíntesis.

7 LENTICELAS ESTOMAS

8 8

9 9 En procariotas no hay cloroplastos, la clorofila se encuentra en la membrana celular.

10 10 Transportada por el xilema Transportada por el floema

11 11 (*) Esta ecuación es el reverso de la que ocurre en respiración celular. Ambos procesos metabólicos ocurren en las plantas. Sin embargo, las plantas no hacen su comida simplemente al reversar la reacción. (Hay una pequeña cantidad de ATP producida, también) REACCIÓN ENERGÉTICA: FOTOSÍNTESIS 6CO 2 + 6H 2 O + Luz solar C 6 H 12 O 6 + 6O 2 (*)

12 12 Almacenamiento de energía: Fotosíntesis en los enlaces químicos de glucosa Obtención de la energía : Respiración libera la energía de los enlaces de la glucosa para producir ATP el cual se utilizará en: - contracción muscular - contracción de otros filamentos - transporte activo, etc. ¿Cuál es la diferencia con la respiración? ¿Cuál es el enlace de ATP que lleva mas energía?

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14 14 Fotosíntesis Consta de: 1. reacciones lumínicas (fotodependiente) convierte energía solar en energía química 2. reacciones oscuras (síntesis y Ciclo de Calvin) incorpora CO 2 en moléculas orgánicas para producir azúcares

15 15 1. Reacciones lumínicas Ocurren en la grana (membrana de los tilacoides) La energía de la luz es atrapada por pigmentos: clorofilas, xantofilas, carotenoides… Esta energía se utiliza para convertir: ADP ATP (producto final) 18 ATP NADP + NADPH ( Nicotinamida adenina dinucleótido fosfato) Produce O 2 por ruptura del H 2 O

16 16 2. Reacciones Oscuras Ocurren en el estroma del cloroplasto Utiliza energía del ATP (9) + NADPH –producidos en las reacciones luminosas –para producir glucosa Incorpora CO 2 en el ciclo C 6 H 12 O 6 Estas reacciones se dan en el llamado ciclo de Calvin-Benson

17 17 El ciclo de Calvin funciona como una fábrica de carbohidratos

18 18 Los carbohidratos fabricados son trasladados por las venas a lugares en la planta donde no se hace fotosíntesis (raíz). 50% del material formado en la fotosíntesis se consume en la respiración celular. Esta energía utiliza para la fabricación de celulosa. Hay un exceso de productos que se almacena en forma de polisacáridos como almidón y sacarosa.

19 19 Resumen de los procesos químicos de la fotosíntesis

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21 21 Entonces…

22 Relaciones Energéticas 1.Fotosíntesis y sus efectos 1.1. Oxidación de hierro y uranio 1.2. Fijación de nitrógeno 2. Respiración celular 3. Enzimas 4.Digestión 5.Niveles tróficos, cadena alimenticia

23 23 ¿Cómo sobrevivieron las primeras bacterias si el O 2 es venenoso? Cianobacterias fueron responsables por el desarrollo de la fotosíntesis

24 24 O 2 se combinó con iones de Fe que había en el agua Oxido de hierro se precipitó eliminando el O 2 del agua producción de O 2, número de bacterias (2.5 x 10 9 años) Comenzó un proceso de precipitación de oxido de hierro actualmente se usa (1.8 – 2.2 x 10 9 años) Lo mismo pasó con el uranio en agua dulce Oxido de uranio: materia prima para bombas atómicas y reactores

25 25 Luego…. O 2 pasa del agua a la atmósfera (veneno en el ambiente) Organismos se esconden (bacterias en el fango) Respiración aparece, elimina el O 2 Endosimbiosis: bacteria respiratoria (aeróbica) + Thermoplasma célula eucariota: 1.8 – 2.5 x 10 9 años origen de la mitocondria

26 26 Fijación de nitrógeno Cianobacterias tienen un heterocisto (sin clorofila y paredes grandes) Fija N 2 Toma N 2 del aire y lo combina con con otros elementos Paredes gruesas evitan la entrada de O 2 de células adyacentes Tienen una función análoga a la de la Rhizobium ( )

27 27 Leghemoglobina Proteína que atrapa el O 2, no lo deja libre en las células Análoga a hemoglobina de la sangre Se encuentra en los nódulos de legumbres Plantas fijadoras de nitrógeno

28 28 Se produce en respuesta a que las raíces adquieren bacterias fijadoras de nitrógeno (Rhizobium ) Parte del proceso simbiótico de la planta Ejemplo: alfalfa y soya (leguminosas) Plantas sin estas bacterias no producen leghemoglobina Leghemoglobina tiene una estructura similar a la Hemoglobina Color rojo Reduce [O 2 ] así permitiendo los nitrogenasas funcionar. Nitrogenasas ayudan a la fijación de nitrógeno atmosférico

29 Relaciones Energéticas 1.Fotosíntesis y sus efectos 1.1. Oxidación de hierro y uranio 1.2. Fijación de nitrógeno 2. Respiración celular 3. Enzimas 4.Digestión 5.Niveles trópicos, cadena alimenticia

30 Se producen grandes cantidades de ATP. Reacciones finales necesitan oxígeno porque éste actúa como el aceptor final de electrones. Ecuación de la Respiración Celular: 2 ATP (energía de activación) C 6 H 12 O 6 + 6O 2 6CO 2 + 6H 2 O Produce 686KCal de energía Salen total de ATP Respiración celular

31 31 ¿Cuál es la diferencia con la respiración pulmonar? Respiración pulmonar = ventilación intercambio de gases Respiración celular células consumen O 2 al extraer electrones del alimento y se libera H 2 O + CO 2 como productos de desecho

32 32 ATP (adenosina trifosfato) Impulsa el trabajo celular Molécula capaz de almacenar y liberar energía Compuesta de: –una adenina –una ribosa y –una cadena de fosfatos

33 33 La ruptura de uno de los elementos de la cadena de fosfatos libera energía La respiración celular provee ATP a partir de los alimentos que ingerimos. Se consume ATP siempre, casi todas las células efectúan respiración. ¿Cuáles no?

34 34 Respiración celular Se divide en: 1. Glicólisis o glucólisis 2. Ciclo de Krebs o del Acido Cítrico 3. La cadena de transporte de electrones.

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36 36 Respiración celular Se divide en: 1. Glicólisis o glucólisis 2. Ciclo de Krebs o del Acido Cítrico 3. La cadena de transporte de electrones. Dos posibilidades: 1.1. Respiración 1.2. Fermentación

37 37 Sin oxígeno: cuando no lo hay es la única fuente de ATP y se le denomina fermentación. Con oxígeno: consiste en el inicio de la respiración celular, que producirá mas ATP ATP 2 ATP

38 38 Glucólisis: ruptura del azúcar –Ocurre en el citoplasma –Puede ocurrir en la presencia o ausencia (anaeróbica) de O 2 –Reacción anaeróbica - fermentación: Ácido pirúvico etanol Ácido pirúvico ácido láctico –Necesita: 2 ATP + glucosa –Produce: 4 ATP (2 netos: 4 formados – 2 usados) 4 H + 2 ácidos pirúvicos

39 39 En la glucólisis: Glucosa se rompe en dos, generando 2 moléculas de ácido pirúvico. Se da en 10 pasos (9 intermediarios).

40 40 1 glucosa 2 ATP, 2 NADH

41 41 Fermentación: Varios tipos: alcohólica y ácido láctica son dos de ellos. Fermentación alcohólica (levaduras) ácido pirúvico etanol y CO 2 se utiliza en panadería y para hacer licores (cerveza: levadura procesa de diferentes formas) Fermentación ácido láctica (fibras musculares) ácido pirúvico ácido láctico se utiliza para hacer quesos y yogurt también lo utilizan nuestros músculos cuando no hay oxigeno dolores al realizar ejercicios fuertes

42 Microfotografía de levadura Beneficial bacteria Bifidobacteria are beneficial to the gastro-intestinal tract. They are also called probiotic bacteria. Streptococcus lactis and other lactic acid bacteria are used to make cheese. They ripen the cheese and provide characteristic flavour. Streptococcus thermophilus is one of the major yogurt- forming bacteria. The other is Lactobacillus bulgaricus

43 Transición –Paso anterior al ciclo de Krebs –Prepara el camino y los reactivos –Necesita: 2 ácidos pirúvicos (cada molécula tiene 3 C) –Produce: 2 AcetilCoA 2 CO 2 4 H +

44 44 Respiración celular Se divide en: 1. Glicólisis 2. Ciclo de Krebs o del Acido Cítrico 3. La cadena de transporte de electrones.

45 45 Ciclo de Krebs o del Ácido Cítrico Se da en la mitocondria Su fuente: Ácido pirúvico Acetil Coenzima A ciclo de Krebs Es aeróbica Necesita: 2 AcetilCoA 6 H 2 O Produce: 2 ATP 16 H + 4 CO 2

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47 47 1 glucosa 2 ATP, hasta el momento 4 ATPS 6 NADH, hasta el momento 8 NADHs 6 H 2 O

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49 49 Respiración celular Se divide en: 1. Glicólisis 2. Ciclo de Krebs o del Acido Cítrico 3. La cadena de transporte de electrones

50 50 Cadena de transporte de electrones Ocurre en la membrana interna/crestas de la mitocondria

51 51 El ciclo de Krebs ocurre bajo condiciones aeróbicas pero no utiliza directamente oxígeno La cadena de transporte de electrones sí utiliza O 2, como aceptor final de electrones de la cadena Este oxígeno se combina con H + (de la solución de alrededor) y se forma agua, uno de los productos Posee transportadores de electrones en la membrana interna de la mitocondria

52 52 Los transportadores de electrones son: –NAD + : Nicotinamida adenina dinucleótido Transporta iones de H + –FAD + : Flavina adenina dinucleótido Transporta H 2 Necesita: 24 H + 6 O 2 Produce: 12 H 2 O 34 ATP

53 TOTAL de ATPs en Respiración Celular: 2 ATP Glicólisis 2 ATP Ciclo de Krebs ATP Cadena Transportadora de electrones ATP 1 ATP = 10KCal, por lo tanto = ~380 KCal ganadas

54 Ecuación de la Respiración Celular: 2 ATP (energía de activación) C 6 H 12 O 6 + 6O 2 6CO 2 + 6H 2 O Produce 686KCal de energía Salen total de ATP

55 ATP

56 56 Distintas moléculas que ingerimos en los alimentos pueden entrar en distintas etapas de la respiración celular: Grasas pueden ser convertidas en Acetil coenzima A y entrar al ciclo del ácido cítrico. Proteínas pueden ser convertidas en ácido pirúvico o acetil coenzima A. Carbohidratos son descompuestos en glucosa.

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