Fotosíntesis y Quimiosíntesis Anabolismo autótrofo Fotosíntesis y Quimiosíntesis

Fotosíntesis Fotosíntesis oxigénica Fotosíntesis anoxigénica Proceso H2 X + Y H2 Y + X Fotosíntesis oxigénica Fotosíntesis anoxigénica Proceso X = O2 Y = CO2, 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

Fotosíntesis oxigénica Reacción general: H2O + CO2+ Luz + clorofila (CH2O) + O2+ H2O 6H2O + 6CO2+ Luz + clorofila C6H12O6+ 6O2+ 6H2O 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

Los fotosistemas D, dador de e- P, pigmento: clorofila a y proteínas Potencial redox electropositivo Potencial redox electronegativo Antena: pigmentos (clorofilas, carotenos, xantofilas,...), lípidos y proteínas. Centro de reacción (P) P A D D, dador de e- P, pigmento: clorofila a y proteínas A, aceptor de e- FSII H2O λ = 680 nm Q FSI Plastocianina λ = 700 nm X

Fase lumínica de la fotosíntesis 800 600 400 200 1000 Potencial redox (mV) Dirección del flujo de electrones 4e- 2NADP 2NADP2H Nr 4e- Z FSII Q PQ b6-f Pc FSI X Fd 4e- 4e- 4e- 4e- 4e- Mn H2O O2 4e- 4H+ 4e- ATP 4e- luz

Rendimiento de la fase lumínica Proceso no cíclico Proceso cíclico 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

Fotofosforilación H+ ADP + Pi ATP 4H+ 2NADP 2NADP2H 4e- H+ membrana del tilacoide estroma espacio tilacoidal Luz Z FSII Q PQ b6-f PC FSI Fd partícula F 4e- 4e- 4e- 4e- 4e- 4e- 4e- H2O O2 4e- 4H+ H+

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

Ciclo de Calvin-Benson 6 ribulosa bifosfato (5C) 6CO2 ribulosa bifosfato carboxilasa 12 ác. 6 fosfoglicérico (3C) 12 ác. 1,3 difosfoglicérico (3C) 12 ATP 12 ADP 4: 5C 6 ATP 6 ADP + Pi 12 gliceraldehido 3P (3C) 12 NADP2H 12 NADP 12 Pi Fructosa 6 P Glúcidos y materia orgánica 2 5C 2: 4C 2: 6C 6: 3C 2: 3C 4: 3C 2: 7C 2: 3C

Modificaciones del ciclo de Calvin Fotorrespiración: ambiente cálido y seco. Cierre de estomas para evitar la pérdida de agua, con acumulación de O2 y escasez de CO2 . La rubisco oxida la ribulosabifosfato Estoma abierto O2 CO2 Estoma cerrado células estomáticas con cloroplastos ribulosa biP + O2 ác. Fosfoglicérico (3C) + ác. Fosfoglicólico (2C) ciclo de Calvin oxidación CO2 + otros productos orgánicos cloroplasto peroxisoma rubisco

Plantas C4. Ruta de Hatch-Slack Otra adaptación a climas cálidos y secos: cereales y caña de azúcar. En éstas, la fijación de CO2 se lleva a cabo en células perivasculares. Estas células están cubiertas por células del mesófilo que bombean CO2 a las células perivasculares. CO2 fosfoenolpirúvico (3C) oxalacético (4C) málico (4C) pirúvico (3C) Calvin azúcares Ru biP NADP2H NADP ATP AMP RUTA DE HATCH-SLACK Célula del mesófilo Célula perivascular Plantas crasuláceas: cactus. Ambientes muy secos. Se abren por la noche. Fijan el CO2 en forma de málico en una vacuola

Factores que influyen en la fotosíntesis favorables: desfavorables: Concentración de CO2. Intensidad lumínica (excepto fotooxidación). La cantidad de agua. Concentración de O2. otros: El color de la luz La temperatura. Cada especie muestra su intervalo óptimo con suficiente luz y CO2.

Fotosíntesis anoxigénica No se produce O2 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 SH2 O H2 . Desprenden S. Bacterias púrpuras del azufre. Utilizan SH2 . Acumulan el S en su interior. Bacterias púrpuras no del azufre. Utilizan moléculas orgánicas sencillas (pirúvico, láctico, etc.). Proceso: etapa lumínica: sólo fotosistema I en la membrana. Similar a la etapa cíclica para obtener ATP y acíclica para formar NAD2H. etapa oscura: similar a la vista.

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.

En el estroma de las células fotosintéticas NO3 - NO3 - ATP NADP2H ADP+Pi NADP Microorganismos quimiosintéticos NO2 - ATP NADP2H ADP+Pi NADPD NH3 CICLO DE CALVIN aminoácido NH3 En el estroma de las células fotosintéticas

Incorporación del Nitrógeno atmosférico Eucariotas no Bacterias heterótrofas simbiosis N2 Cianobacterias; libres o asociadas a hongos: líquenes energía Bacterias heterótrofas como Azotobacter (O2) o Clostridium (sin O2) nitrogenasa Rhizobium – leguminosas. Importancia ecológica NH3

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

Anabolismo de Glúcidos: gluconeogénesis ADP ATP Pi ADP ATP Pi fructosa di P fructosa 6 P glucosa 6 P glucosa triosas P CO2 GDP+Pi GTP ac. fosfoenolpirúvico ADP+Pi ATP ác. oxalacético 4C NAD2H NAD ác. pirúvico 3C aá ác. pirúvico 3C ác. málico ác. málico CO2 ATP ADP+Pi NAD NAD2H aá ác. oxalacético 4C La glucosa no puede obtenerse del acetilCoA. De los ác. grasos

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

Anabolismo de lípidos: acilglicéridos NADP2H NADP CH3–CH=CH-COSCoA CH3–CH2-CH2-COSCoA (4C) 12C 10C 8C 6C H2O ác. graso CH3–CHOH-CH2-COSCoA acilglicérido NADP NADPH2 CH3–CO-CH2-COSCoA glicerol pirúvico CO2 HS-CoA CoA CO2 NAD NAD2H Lípidos Glúcidos acetilCoA CO2 ATP ADP+Pi acetilCoA malonilCoA

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

Quimiosíntesis XH2 X oxidación 2H+ energía CO2, NO2-, etc. glúcidos, lípidos, prótidos, etc. NAD NAD2H ADP+Pi ATP bacterias de la nitrosificación (Nitrosomonas): NH3 a NO2- bacterias de la nitrificación (Nitrobacter): NO2- a NO3- bacterias incoloras del azufre: oxidan sulfuros, sulfitos, etc. bacterias del metano: CH4 a CO2 bacterias del hidrógeno: H2 a H2O bacterias del hierro: compuestos ferrosos a férricos bacterias del monóxido de carbono: CO a CO2

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).