Biología 2º Bachillerato ANABOLISMO IES Bañaderos Cipriano Acosta 20 16 17 curso Biología 2º Bachillerato FSANPERG

Metabolismo Anabolismo Recursos Fotosíntesis Quimiosíntesis Fase luminosa Fase oscura Quimiosíntesis del nitrógeno Quimiosíntesis del azufre Captura de la Luz Quimiosíntesis del hierro Transporte de electrones Quimiosíntesis del hidrógeno Fotolisis del agua

Recursos Formas de nutrición de los organismos Esquema fotosíntesis Pigmentos y estructuras fotosintéticas Fotosistemas Visión general fotosíntesis Factores que influyen en la fotosíntesis Quimiosíntesis Metabolismo en una célula eucariota

Anabolismo ESQUEMA Es la parte constructiva del metabolismo, consiste en la síntesis de moléculas complejas a partir de otras más sencillas, con el consiguiente gasto de energía, tomada de los ATP producidos durante las fases catabólicas. Estas moléculas sintetizadas pueden: Formar parte de la propia estructura de la célula. Ser almacenadas y utilizada como fuente de energía. Ser exportadas al exterior de la célula.

Procesos del Anabolismo Procesos anabólicos Procesos del Anabolismo GLÚCIDOS Ác. Pirúvico Glucosa (gluconeogénesis y es casi la inversa de la glucólisis) Glucosa Glucógeno LÍPIDOS Acetil-Co A Ácidos grasos PROTEÍNAS Aminoácidos Proteínas ÁC. NUCLEICOS Nucleótidos ADN (Replicación) ARN (Transcripción) ESQUEMA

Clases de organismos según su nutrición ESQUEMA FUENTE DE ENERGÍA FOTÓTROFOS (Luz) QUIMIÓTROFOS (Energía química) LITÓTROFOS (H2O, H2S) AUTÓTROFOS (CO2 - Materia inorgánica) FOTOLITÓTROFOS QUIMIOLITÓTROFOS ORGANÓTROFOS (Moléculas complejas) HETERÓTROFOS (Materia orgánica) FOTOORGANÓTROFOS QUIMIOORGANÓTROFOS FUENTE DE HIDRÓGENO FUENTE DE CARBONO SIGUIENTE

Formas de nutrición de los organismos ESQUEMA Paso de moléculas inorgánicas, a moléculas orgánicas sencillas. ANABOLISMO AUTÓTROFO ANABOLISMO FOTOSINTÉTICO ANABOLISMO QUIMIOSINTETÍCO Transformación de moléculas orgánicas sencillas en otras de mayor complejidad. ANABOLISMO HETERÓTROFO

Fotosíntesis 6 CO2 + 6 H2O + Luz  C6H12O6 + 6 O2 Es un proceso anabólico. Se produce en los cloroplastos Transforma la energía luminosa en energía química que posteriormente será utilizada para fabricar sustancias orgánicas a partir de sustancias inorgánicas. ESQUEMA VOLVER 6 CO2 + 6 H2O + Luz  C6H12O6 + 6 O2

Fotosíntesis Las plantas durante el día absorben agua y sales minerales por las raíces (savia bruta) y dióxido de carbono por las hojas. ESQUEMA Con estas sustancias, y usando como fuente de energía la luz solar, fabrican compuestos orgánicos que se distribuyen por el resto de la planta como savia elaborada. Como subproducto se genera oxígeno.

A todas las células de la planta Fotosíntesis Necesita Agua y Sales Minerales Se capta por los pelos absorbentes Situados en la Raíz Son Sustancias inorgánicas Circulan por el Xilema o V. Leñosos Forman Savia Bruta CO2 Entran por los estomas Situados en el envés De las hojas Luz Clorofila Pigmento verde Situados en los tilacoides de los cloroplastos Obtiene Glúcidos Ejemplo Almidón Sustancias orgánicas Forman la Savia Elaborada Circulan por el Floema o V. Liberianos A todas las células de la planta Oxígeno Es liberado al exterior Por los estomas ESQUEMA

Fotosíntesis Durante el día las plantas Absorben CO2 Desprenden O2 ESQUEMA Durante el día las plantas Absorben CO2 Desprenden O2 Durante la noche las plantas Absorben O2 Desprenden CO2

Fases de la fotosíntesis ESQUEMA Fase luminosa o fotoquímica Dependiente de la luz Síntesis de ATP y NADPH Se realiza en la membrana de los tilacoide Fase oscura o biosintética No dependiente de la luz Síntesis materia orgánica (glucosa) Se realiza en el estroma Fase luminosa Fase oscura

Fases luminosa o fotoquímica ESQUEMA Depende de la luz Orgánulo celular: Cloroplasto Se realiza en: membrana de los tilacoides Fotosistemas: PS II y PS I Pigmento: Clorofila y carotenos Transforma energía lumínica en energía química Síntesis de ATP y NADPH

Fases luminosa. Fotosistemas Fotosistemas están compuesto por cientos de pigmentos que actúan como moléculas antena o colectoras que absorben la luz y la transmiten como en un embudo hacia una molécula de clorofila especializada (clorofila a) que forma el llamado centro de reacción. La clorofila a pierde un electrón que es enviado hacia la cadena de transporte electrónico. ESQUEMA Los electrones perdidos por la clorofila se restituyen posteriormente. Existen dos fotosistemas: Fotosistema I (PS I) clorofila “a” capta longitud de onda de 700 nm Fotosistema II (PS II), clorofila “a” capta la luz de 680 nm SIGUIENTE

Fases luminosa. Fotosistemas El Fotosistema II (PS II) capta longitud de onda de 680 nm. Acepta electrones del agua y desprende oxígeno. Se localiza, preferentemente, en las grana. En el fotosistema I (PS I) capta longitud de onda de 700 nm. Se asocia con la reducción del NADP -> NADPH + H+ Se localiza, casi exclusivamente, en las lamelas. ESQUEMA Ambos fotosistemas, al ser excitados por la luz ceden e- a un aceptor primario, quedando ellos oxidados (necesitan recuperar los e- cedidos)

Captura de energía luminosa Fases luminosa: Captura de energía luminosa. ESQUEMA La clorofila recibe luz y uno de sus electrones se excita. Esta clorofila emite la energía recibida con una longitud de onda un poco mayor a una clorofila cercana. El paso de la energía luminosa de clorofila en clorofila hace que esta vaya teniendo cada vez mayor longitud de onda hasta que es absorbida por la clorofila “a” del centro de reacción, que pierde un electrón. Captura de energía luminosa Fotosistema

Fases luminosa: Transporte de electrones. El Fotosistema II (P 680 nm) pierde un electrón que es transferido al aceptor primario de electrones en un nivel energético superior, y pasa luego a través de una cadena transportadora de electrones (situada en la membrana tilacoidal) al Fotosistema I La luz actúa sobre el Fotosistema I (P 700 nm), produciendo que un electrón sea elevado a un potencial más alto. Este electrón es aceptado por un aceptor primario (diferente del asociado al Fotosistema II). El electrón pasa nuevamente a una cadena de transportadores electrónicos y finalmente se combina con NADP+, que toma H+ del estroma y se reduce a NADPH + H+. ESQUEMA SIGUIENTE

Fases luminosa: Transporte de electrones. ESQUEMA SIGUIENTE +0,8 +0,6 +0,4 +0,2 -0,2 -0,4 Ao 2e - A1 Fx FA FB Ferredoxina NADPH + H+ 2e - NADP+ Feofitina QA QB Cit b6f Pc ADP + Pi P700 PS I Fotones P680 PS II ATP Fotones

Fases luminosa: Fotolisis del agua. Se rompen las moléculas de agua por acción de la luz. Se liberan protones (H+), oxígeno molecular (O2) que es expulsado al exterior y electrones (e-). De esta forma la clorofila recupera los electrones perdidos. +0,8 +0,6 +0,4 +0,2 -0,2 -0,4 Ao 2e - A1 Fx FA FB Ferredoxina NADPH + H+ 2e - NADP+ Feofitina Luz QA QB H2O Fotólisis Cit b6f Pc ADP + Pi P700 PS I 2e - ESQUEMA Fotones P680 PS II ATP SIGUIENTE Fotones

Fases luminosa: Fotofosforilación ESQUEMA Durante el transporte electrónico, parte de la energía que pierden los electrones, se utiliza para bombear protones (H+), en contra de gradiente, desde el estroma al espacio tilacoidal. Cuando los protones vuelven al estroma a favor de su gradiente lo hacen a través de las ATPsintetasas lo que da como resultado la síntesis de ATP ADP + Pi  ATP Estroma H+ ATP ADP + Pi Membrana tilacoidal ATPasas Tilacoide H+ H+ H+ H+ H+

Fases luminosa: Cadena transportadora de electrones Fotofosforilación ESQUEMA Cadena transportadora de electrones Fotofosforilación Estroma H+ Luz ATP Luz OH - NADP+ ADP + Pi H+ NADPH Fe Membrana tilacoidal QA Cit b6f P680 P700 QB 2e- Pc PS II PS I H2O H+ H+ H+ H+ 2 H+ Espacio tilacoidal H+ 1/2 O2 Fotolisis del agua 2 H2O + 2 NADP+ + 3 ADP + 3 Pi  O2 + 2 NADPH + 2 H+ + 3 ATP

Fases luminosa: Fotofosforilación acíclica ESQUEMA Intervienen: los dos fotosistemas Se rompe el H2O: 2 H+ + ½ O2, (se libera O2) Se reduce el NADP -> NADPH+ + H+ Se sintetiza: ATP

Fases luminosa: Fotofosforilación acíclica ESQUEMA NADPH ATP NADP+ Luz Luz ADP estroma ATPasa e H Interior del tilacoide ½ O2 H2O + NADP+ + ADP + Pi  1/2 O2 + NADPH + H+ + ATP

Fases luminosa: Fotofosforilación cíclica Sólo interviene el Fotosistema I (PS 680) No se reduce el NADP No se rompe el H2O: no se libera O2 Sí se sintetiza ATP ESQUEMA H+ Fe e - Luz PS I Cit b6f Pc H+

Fases luminosa: Fotofosforilación cíclica ATP ESQUEMA SIGUIENTE Luz 3H+ ADP estroma e e Interior del tilacoide Se síntesis ATP: ADP + Pi  ATP

2 H2O + 2 NADP+ + 3 ADP + 3 Pi -> O2 + 2 NADPH + 2 H+ + 3 ATP Fases luminosa: 2 Acíclica por cada 1 Cíclica ESQUEMA En la fase oscura se requieren por cada CO2 3 ATP 2 NADPH Por cada dos acíclicas tendrá lugar una cíclica. La ecuación global seria: 2 H2O + 2 NADP+ + 3 ADP + 3 Pi -> O2 + 2 NADPH + 2 H+ + 3 ATP

Fases luminosa: 2 Acíclica por cada 1 Cíclica ESQUEMA FASE LUMINOSA FASE LUMINOSA ACÍCLICA FASE LUMINOSA CÍCLICA FOTÓLISIS DEL AGUA FOTOFOSFORILACIÓN DEL ADP H2O → ½ O2 + 2H+ + 2e- ADP + Pi → ATP + H2O FOTOFOSFORILACIÓN DEL ADP ADP + Pi → ATP FOTORREDUCCIÓN DEL NADP+ NADP+ + 2H+ + 2e- → NADPH + H+ 2 H2O + 2 NADP+ + 3 ADP + 3 Pi  O2 + 2 NADPH + 2 H+ + 3 ATP

2 H2O + 2 NADP+ + 3 ADP + 3 Pi  O2 + 2 NADPH + 2 H+ + 3 ATP F. luminosa: Fotofosforilación Acíclica y Cíclica ESQUEMA Acíclica: H2O + NADP+ + ADP + Pi  1/2 O2 + NADPH + H+ + ATP cíclica: ADP + Pi  ATP Acíclica: H2O + NADP+ + ADP + Pi  1/2 O2 + NADPH + H+ + ATP 2 H2O + 2 NADP+ + 3 ADP + 3 Pi  O2 + 2 NADPH + 2 H+ + 3 ATP

Fases oscura: Fijación de CO2 y síntesis materia orgánica ESQUEMA Fijación de CO2 y síntesis materia orgánica Lugar: estroma Pueden producirse: con o sin luz Necesita: Fase luminosa Fase oscura CO2 ATP NADPH+

Fases oscura: Ciclo de Calvin ESQUEMA

Fases oscura: Ciclo de Calvin ESQUEMA SIGUIENTE

Hialoplasma y mitocondrias Cloroplastos (y vacuolas) Fases oscura ESQUEMA Hialoplasma y mitocondrias Consumo propio SIGUIENTE CICLO DE CALVIN 6 CO2 Glucosa 18 ATP 12 NADPH Estroma Cloroplastos (y vacuolas) Almacenamiento

Fotosíntesis: Balance energético ESQUEMA Fase luminosa: 12 H2O + 12 NADP+ + 18 ADP + 18 Pi ▬▬▬►6 O2 + 12 NADPH + 12 H+ + 18 ATP Fase Oscura: 6 CO2 +12NADPH+12H++18 ATP ▬▬▬▬►C6H12O6+ 12 NADP++18 ADP+18Pi+6 H2O 6 CO2 + 6 H2O ▬▬▬► C6H12O6 + 6 O2

Factores que influyen en la fotosíntesis ESQUEMA El rendimiento fotosintético aumenta con la temperatura hasta un punto máximo (Tª óptima de actividad enzimática). SIGUIENTE Intensidad luminosa Temperatura La fotosíntesis es proporcional a la intensidad de luz hasta un punto en el que su rendimiento se estabiliza.

Factores que influyen en la fotosíntesis ESQUEMA SIGUIENTE El aumento de CO2 aumenta el rendimiento Concentración de CO2 El aumento de O2 disminuye la eficacia de la fotosíntesis. Concentración de O2

Intensidad fotosintética Factores que afectan a la fotosíntesis ESQUEMA Al disminuir la humedad se produce una sensible disminución de la fotosíntesis. Si aumenta la humedad, se abren los estomas Intensidad fotosintética Humedad Humedad Apertura estomas Entrada de CO2 Rendimiento fotosintético

Resumen: Visión general de la fotosíntesis ESQUEMA 6 CO2 + 6 H2O ▬▬▬► C6H12O6 + 6 O2 CO2 H2O Luz NADP+ ADP + Pi Fase oscura Fase luminosa ATP NADPH Cloroplasto O2 CnH2nOn

Resumen: Anabolismo y catabolismo ESQUEMA SIGUIENTE

Resumen: Anabolismo y catabolismo ESQUEMA

FOTOSÍNTESIS RESPIRACIÓN Resumen: Anabolismo y catabolismo ESQUEMA FOTOSÍNTESIS RESPIRACIÓN Proceso constructivo de materia orgánica (Anabolismo) Proceso destructivo de materia orgánica (Catabolismo) Proceso reductor Proceso oxidativo Consume energía Libera energía Libera O2 Consume O2 6CO2+6H2O+energía luminosa→ C6H12O6+6O2 C6H12O6+6O2→ 6CO2+6H2O+energía química

Resumen: Anabolismo y catabolismo ESQUEMA

Quimiosíntesis ESQUEMA Los organismos quimiosintéticos son bacterias que utilizan el CO2 como fuente de carbono y obtienen la energía necesaria mediante reacciones químicas de oxidación de diversos compuestos inorgánicos (amoníaco, nitritos, azufre, Fe2+, etc.). Comparación del anabolismo fotosintético y quimiosintético

Quimiosíntesis Quimiosíntesis Bacterias del nitrógeno ESQUEMA Bacterias del nitrógeno Quimiosíntesis Fuente de carbono CO2 ambiental Nutrición autótrofa no fotosintética La energía procede de reacciones de oxidación de sustancias inorgánicas Exclusiva de bacterias Bacterias del azufre Tipos Bacterias del hierro Bacterias del hidrógeno Características de los organismos quimiosínteticos : Son procariotas autótrofas. Viven de una fuente inorgánica: agua, sales, O2, CO2 , … Obtienen la energía de una reacción química específica. Son aerobios. Utilizan el oxígeno como último aceptor de electrones. Sintetizan materia orgánica por medio del ciclo de Calvin.

Bacterias del nitrógeno Quimiosíntesis del nitrógeno Bacterias del nitrógeno ESQUEMA Oxidan amoniaco a nitritos y otras especies, los nitritos a nitratos Nitrosomonas 2 NH4+ + 3 O2  2 NO2- + 4H+ + 2 H2O Nitrobacter 2 NO2- + O2  2 NO3- Presentes en suelos y aguas. Ambos tipos de bacterias se complementan y contribuyen a cerrar el ciclo del nitrógeno

Quimiosíntesis del azufre Bacterias del azufre ESQUEMA Bacterias y tiobacterias sulfurosas. Oxidan compuestos de azufre (S, H2S, S2O32-) hasta ácido sulfúrico, aumentando la acidez del suelo. H2S + 2 O2 SO42- + 2 H+ HS - + O2 + H+ SO + H2O 2 SO + 2 HO2 + 3 O2 2 SO42- + 4 H S2O32- + H2O + 2 O2 SO42- + 2 H+

Quimiosíntesis del Hierro Bacterias del Hierro ESQUEMA Bacterias que oxidan compuestos de hierro ferroso a férrico Abundantes en las aguas de minas. 4 Fe 2+ 4 H+ + O2  4 Fe 3+ + 2 H2O

Bacterias del Hidrógeno Quimiosíntesis del Hidrógeno Bacterias del Hidrógeno ESQUEMA 6 H2 + 2O2 + CO2 (CH2O) + 5 H2O Oxidan hidrógeno. Pueden utilizar materia orgánica como fuente de carbono además del CO2 (autótrofos facultativos) 5 H2 + 2 HNO3 N2 + 6 H2O Formación de ATP y poder reductor en bacterias del H2

Quimiosíntesis. Metabolismo célula eucariota ESQUEMA

Síntesis de ácidos grasos Quimiosíntesis Gluconeogénesis Síntesis de ácidos grasos ESQUEMA Glucólisis Gluconeogénesis

Quimiosíntesis. Síntesis de glicerina y triacilglicéridos ESQUEMA GLICERINA TRIACILGLICÉRIDOS Glicerol - 3-fosfato Acil-CoA Triacilglicérido CoA

Corte transversal de la hoja Pigmentos y estructuras fotosintéticas RECURSOS ESQUEMA Clorofila A β-caroteno Corte transversal de la hoja Tilacoide en grana Cloroplasto Tilacoide en lamela

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