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

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

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

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 4

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

Fotosíntesis  cloroplastos (en toda la planta, hoja) Algunas orquídeas en las raíces La hoja tiene aberturas por donde entra CO2 y sale O2 Estomas Lenticelas: aberturas análogas en los tallos Las venas de la hoja llevan H2O y transportan los azúcares producto de la fotosíntesis. 6

ESTOMAS LENTICELAS

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

Transportada por el xilema Transportada por el floema 10

REACCIÓN ENERGÉTICA: FOTOSÍNTESIS (*) 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 (*) 6CO2 + 6H2O + Luz solar  C6H12O6 + 6O2 11

¿Cuál es la diferencia con la respiración? 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 el enlace de ATP que lleva mas energía? 12

Fotosíntesis Consta de: 1. reacciones lumínicas (fotodependiente)  convierte energía solar en energía química 2. reacciones oscuras (síntesis y Ciclo de Calvin)  incorpora CO2 en moléculas orgánicas para producir azúcares 14

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 O2 por ruptura del H2O Aquí se está almacenando energía mientras que en la respiración se está liberando. Se está almacenando energía en el azúcar 15 15

2. Reacciones Oscuras Ocurren en el estroma del cloroplasto Utiliza energía del ATP (9) + NADPH producidos en las reacciones luminosas para producir glucosa Incorpora CO2 en el ciclo  C6H12O6 Estas reacciones se dan en el llamado ciclo de Calvin-Benson 16

El ciclo de Calvin funciona como una fábrica de carbohidratos Una enzima, rubisco, combina 3 co2 con 3 azucares de 5c y dan 3 acido fosfoglicérico Dos reacciones, flechas blancas, CONSUMEN la e+ de 6 atp y oxidan nadph. Las 3 pga se reducen a g3p, fosfogliceraldehído, compuesto rico en energía. Solo un g3p sale del ciclo como producto. Los otros se quedan. Dos de éstos g3p se necesitan para fabricar una glucosa 4. Ocurren una serie de rxns para regenerar el rubp a partir del g3p y reiniciar el ciclo El ciclo de Calvin funciona como una fábrica de carbohidratos 17 17

Esta energía utiliza para la fabricación de celulosa. 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. 18

Resumen de los procesos químicos de la fotosíntesis 19

Entonces… 21

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

¿Cómo sobrevivieron las primeras bacterias si el O2 es venenoso? Cianobacterias fueron responsables por el desarrollo de la fotosíntesis 23

O2 se combinó con iones de Fe que había en el agua Oxido de hierro se precipitó eliminando el O2 del agua ↑ producción de O2, ↑ número de bacterias (2.5 x 109 años) Comenzó un proceso de precipitación de oxido de hierro  actualmente se usa (1.8 – 2.2 x 109 años) Lo mismo pasó con el uranio en agua dulce Oxido de uranio: materia prima para bombas atómicas y reactores 24

O2 pasa del agua a la atmósfera (veneno en el ambiente) Luego…. O2 pasa del agua a la atmósfera (veneno en el ambiente) Organismos se esconden (bacterias en el fango) Respiración aparece, elimina el O2 Endosimbiosis: bacteria respiratoria (aeróbica) + Thermoplasma célula eucariota: 1.8 – 2.5 x 109 años origen de la mitocondria 25

Fijación de nitrógeno Cianobacterias tienen un heterocisto (sin clorofila y paredes grandes) Fija N2 Toma N2 del aire y lo combina con con otros elementos Paredes gruesas evitan la entrada de O2 de células adyacentes Tienen una función análoga a la de la Rhizobium () 26

Leghemoglobina Análoga a hemoglobina de la sangre Proteína que atrapa el O2, no lo deja libre en las células Análoga a hemoglobina de la sangre Se encuentra en los nódulos de legumbres Plantas fijadoras de nitrógeno 27

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 [O2] así permitiendo los nitrogenasas funcionar.  Nitrogenasas ayudan a la fijación de nitrógeno atmosférico 28

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

Respiración celular 2 ATP (energía de activación) 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) C6H12O6 + 6O2  6CO2 + 6H2O Produce 686KCal de energía Salen total de 36-38 ATP

¿Cuál es la diferencia con la respiración pulmonar? Respiración pulmonar = ventilación  intercambio de gases Respiración celular  células consumen O2 al extraer electrones del alimento y se libera H2O + CO2 como productos de desecho 31

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 32

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? Cual es la diferencia con la respiración pulmonar??? Intercambio de gases vrs. Que en la respiración celular las cels consumen ese o2 al extraer e del alimento y liberan co2 como un producto de desecho. Cómo se relacionan? El o2 respirado es llevado a las mitocondrias de las celulas, que lo usan, obteniendo la e de los azúcares. Por qué es necesario el sudor y otros mecanismos de enfriamiento? Porque la energía también produce calor, entonces es necesario enfriar los cuerpos. Todas las cels usan energía, para que el corazón siga bombeando, para mantener la t corporal, para respirar, digerir, que usan como 75% de la energia que una persona se come. Las cels estan siempre ocupadas produciendo atp para mantener al organismo, aunque estemos dormidos. 33 33

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

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

36-38 ATP 2 ATP Con oxígeno: Sin oxígeno: consiste en el inicio de la respiración celular, que producirá mas ATP Sin oxígeno: cuando no lo hay es la única fuente de ATP y se le denomina fermentación. 36-38 ATP 2 ATP 37

Glucólisis: ruptura del azúcar Ocurre en el citoplasma Puede ocurrir en la presencia o ausencia (anaeróbica) de O2 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 38

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

Nad es un transportador de electornes (contenidos en el h), para la cadena transportadora de electrones La glucosa se rompe en dos, generando dos ácidos purúvicos 1 glucosa  2 ATP, 2 NADH 40 40

Varios tipos: alcohólica y ácido láctica son dos de ellos. Fermentación: Varios tipos: alcohólica y ácido láctica son dos de ellos.  Fermentación alcohólica (levaduras) ácido pirúvico  etanol y CO2  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 41

Microfotografía de levadura Beneficial bacteria Microfotografía de levadura                                                                                                                                                                          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

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 CO2 4 H+

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

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 H2O Produce: 2 ATP 16 H+ 4 CO2 45

Un retoque previo: el ácido pirúvico pierde un carbono, se oxida, a la vez que un nad se reduce a nadh y se forma la coa. Esto es un retoque antes de entrar al ciclo de krebs. 46 46

1 glucosa  2 ATP, hasta el momento 4 ATPS 6 H2O Solo es el fragmento acetilo el que entra al ciclo. La coa solo ayuda y sale. Por cada molecula de glucosa que entro al inicio, 2 atp. 6 nad y 2 fad. Hasta ahora hay entonces 4 atps, 10 nads y 2 fads, pero estos ultimos hay que pasarlos al atp por medio de la cadena tranportadora de electrones 1 glucosa  2 ATP, hasta el momento 4 ATPS 6 NADH, hasta el momento 8 NADHs 47 47

1. La acetil coa alimenta el horno. 2 1. La acetil coa alimenta el horno. 2. el nadh, atp y co2 se genran durante reacciones redox. 5 rxns redox generan fadh2 y nadh 48 48

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

Cadena de transporte de electrones Ocurre en la membrana interna/crestas de la mitocondria La etapa final de la resp es la cte y la sínteis de atp por quimiósmosis. 50 50

El ciclo de Krebs ocurre bajo condiciones aeróbicas pero no utiliza directamente oxígeno La cadena de transporte de electrones sí utiliza O2, 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 51

Los transportadores de electrones son: NAD+: Nicotinamida adenina dinucleótido Transporta iones de H+ FAD+: Flavina adenina dinucleótido Transporta H2 Necesita: 24 H+ 6 O2 Produce: 12 H2O 34 ATP 52

TOTAL de ATP’s en Respiración Celular: 2 ATP Glicólisis 2 ATP Ciclo de Krebs + 32-34 ATP Cadena Transportadora de electrones 36-38 ATP 1 ATP = 10KCal, por lo tanto = ~380 KCal ganadas

Ecuación de la Respiración Celular: 2 ATP (energía de activación) C6H12O6 + 6O2  6CO2 + 6H2O Produce 686KCal de energía Salen total de 36-38 ATP

36-38 ATP 55

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. 56

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La glucosa necesaria la ingermimos como parte de otros alimentos La glucosa necesaria la ingermimos como parte de otros alimentos. Las partes restantes de los aa por ejemplo, son converitdas generalmente en acido piruvico, acetil coa, o alguno de los acidos organicos del ciclo de krebs y su energia se extrae entonces en la respiración celular. Las del dibujo son rutas de degradación de las moléculas. Las cels usan muchos tipos de moleculas organicas como combustible para la respiración. 58 58