FOTOSÍNTESIS

FOTOSÍNTESIS Proceso anabólico y endergónico que utiliza la energía luminosa (fotones) para convertir el CO2 y el H2O en materia orgánica (glucosa). La fotosíntesis es un proceso complejo. Sin embargo, la reacción general se puede resumir de esta manera: 6 CO2 + 6 H2O + energía de luz C6H12O6 + 6 O2 enzimas clorofila

FOTOSÍNTESIS La mayoría de los autótrofos fabrican su propio alimento utilizando la energía luminosa. La energía de luz se convierte en la energía química que se almacena en la glucosa. La mayoría de los seres vivos dependen directa o indirectamente de la luz para conseguir su alimento.

FOTOSÍNTESIS Bioenergética sol CO2 C6H12O6 H2O O2 CO2 + H2O

Cuando un rayo de luz pasa a través de un prisma, se rompe en colores Cuando un rayo de luz pasa a través de un prisma, se rompe en colores. Los colores constituyen el espectro visible.

¿Por qué la clorofila es verde? Los colores del espectro que el pigmento clorofila absorbe mejor son el violeta, el azul y el rojo. ¿Por qué la clorofila es verde?

CLASES DE CLOROFILA Hay varias clases de clorofila, las cuales, generalmente se designan como a, b, c y d. Algunas bacterias poseen una clase de clorofila que no está en las plantas ni en las algas. Sin embargo, todas las moléculas de clorofila contienen el elemento magnesio (Mg++).

CAROTENOIDES Los autótrofos también poseen unos pigmentos llamados carotenoides que pueden ser de color anaranjado, amarillo o rojo. El color verde de la clorofila generalmente enmascara estos pigmentos. Los cuales, sin embargo, se pueden ver en las hojas durante el otoño, cuando disminuye la cantidad de clorofila. Los carotenoides también absorben luz pero son menos importantes que la clorofila en este proceso.

¿DÓNDE OCURRE LA FOTOSÍNTESIS? Se lleva a cabo en los cloroplastos de las hojas o tallos jóvenes que absorben energía solar. Los cloroplastos están formados por granas y tilacoides. Estos últimos contienen los pigmentos que absorben energía del sol.

Unidad fotosintética : Cuantosoma, forma- do por: - Fotosistema I (P700) - Fotosistema II (P680) - Cadena transpor- tadora de elec- trones. - ATP Sintetasa.

TIPOS DE FOTOSÍNTESIS

FOTOSÍNTESIS C3 1. Fase luminosa: Utilizando luz visible como fuente de energía produce PODER REDUCTOR (NADPH), O2 y ATP. Fase oscura: Tanto en presencia como en ausencia de luz visible. Se utilizan el poder reductor y la energía quími- ca producidas en la fase luminosa para la fijación de carbono. Fase luminosa Fase oscura

FOTOSÍNTESIS C3

FASE LUMINOSA O FOTOQUÍMICA Convierte la energía de los fotones en energía química (ATP) y NADPH Ocurre en la membrana de los tilacoides. Fases : A) Fotoexcitación B) Fotolisis del H2O C) Fotoreducción del NADP D) Fotofosforilación Existen dos posibles rutas para la fotofosforilación: A) Fotofosforilación cíclica B) Fotofosforilación acíclica

FOTOFOSFORILACIÓN ACÍCLICA Interviene el fotosistema II y I Utiliza la cadena de transporte de electrones (CTE) Produce O2, ATP y NADPH ADP + P = ATP NADP + H = NADPH El O2 proviene de la ruptura del H2O y no del CO2.

FOTOFOSFORILACIÓN ACÍCLICA FOTORREDUCCIÓN DEL NADP FOTOLISIS DEL H2O FOTOFOSFORILACIÓN

FOTOFOSFORILACIÓN CÍCLICA Utiliza sólo el fotosistema I Utiliza la cadena de transporte de electrones (CTE). No hay fotolisis del H2O ni se genera NADPH. No se libera oxígeno. Genera sólo ATP. ADP + P = ATP

FOTOFOSFORILACIÓN CÍCLICA

REPASAMOS……..

FORMACIÓN DE ATP

CICLO DE CALVIN-BENSON Ocurre en el estroma Plantas C3 ( 80% de las plantas terrestres ) Fijación del carbono ( independiente de la luz ) Utiliza ATP y NADPH de la fase luminosa Utiliza CO2. Para producir una molécula de glucosa se necesita 6 vueltas y requiere 18 ATP y 12 NADPH.

FASE OSCURA O CICLO DE CALVIN La fijación del CO2 se produce en tres fases: Carboxilativa: el CO2 es fijado por la ribulosa-2P Reductiva : el PGA se reduce a PGAL utilizándose ATP y NADPH. Regenerativa/Sintética: de cada seis moléculas PGAL formadas, 5 se utilizan para regenerar la Ribulosa 1,5 BP y una será empleada para poder sintetizar moléculas de glucosa (vía de las hexosas), ácidos grasos, amino- ácidos,…

FASE OSCURA - CICLO DE CALVIN 3 x CO2 FASE LUMINICA FIJACIÓN DEL CO2 REGENERACIÓN DEL RECEPTOR DEL CO2 REDUCCIÓN FLUJO DE ELECTRONES NO CÍCLICO Fotosistema II Cadena de transporte electrónico Fotosistema I e- e- e- e- 3 x ribulosa 1,5 bifosfato P NADP+ H+H+ + + H+ NADPH 6 x 3-fosfoglicerato P 6 X ATP H2O 3 x ADP e- e- ADP + Pi ATP O2 H+H+ + 3 x ATP 6 x ADP Fotón Fotón 6 x 1,3-bifosfoglicerato P FLUJO DE ELECTRONES CÍCLICO 5 x gliceraldehido 3-fosfato P + H+ 6 x NADPH Fotosistema I Cadena de transporte electrónico 6 x Pi 6 x NADP e- e- 6 x gliceraldehido 3-fosfato P ADP + Pi ATP e- GLUCOSA Y OTROS COMPUESTOS ORGÁNICOS Fotón P 1 x gliceraldehido 3-fosfato

FOTOSÍNTESIS C4 (Ciclo de hatch-slack)

FOTOSÍNTESIS C4 Ocurre en gramíneas Realizan el ciclo de Hatch- Slack en células del mesófilo, y el ciclo de Calvin en células de la vaina vascular. En el ciclo de Hatch- Slack el CO2 es fijado por el fosfoenolpiruvato, que luego se convierte en malato. El malato se descarboxila y origina al CO2 , éste es liberado y pasa al ciclo de Calvin.

IMPORTANCIA BIOLÓGICA DE LA FOTOSÍNTESIS Producción de alimentos. Inicia la cadena alimenticia. Oxigenación ambiental. Formación y regeneración de la capa de ozono. Disminuye el efecto invernadero.

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UNIVERSIDAD DE CIENCIAS Y HUMANIDADES RESPIRACIÓN CELULAR

INTRODUCCIÓN RESPIRACIÓN CELULAR : Serie de reacciones mediante las cuales la célula degrada moléculas orgánicas y produce energía. Todas las células vivas llevan a cabo respiración celular para obtener la energía necesaria para sus funciones. Usualmente se usa glucosa como materia prima, la cual se metaboliza a CO2 y H2O, produciéndose energía que se almacena como ATP (adenosin trifosfato).

CO2 H2O O2 Energía (ATP) RESPIRACIÓN CELULAR mitocondrias Glucosa C6H12O6 Materia orgánica mitocondrias Combustión de materia orgánica para obtener energía (en forma de ATP). Para quemar la materia orgánica se utiliza oxígeno, desprendiéndose CO2 y obteniéndose H2O. La realizan todos los seres vivos (vegetales y animales) para poder llevar a cabo sus funciones vitales.

INTRODUCCIÓN C6H12O6 + O2 CO2 + H2O + ATP glucosa oxígeno bióxido agua energía de carbono

INTRODUCCIÓN ATP- formada por adenina, ribosa y tres grupos fosfatos con enlaces ricos en energía. Cuando la molécula se hidroliza (rompe), el fosfato terminal se separa para formar ADP (difosfato de adenosina) y se libera energía. El ATP es la fuente de energía que se usa como combustible para llevar a cabo el metabolismo celular.

MITOCONDRIA Membrana externa Membrana Interna - Crestas mitocondriales Matriz o mitosol

RESPIRACIÓN CELULAR La respiración celular se divide en pasos y sigue distintas rutas en presencia o ausencia de oxígeno: Respiración aeróbica- en presencia de oxígeno. Respiración anaeróbica- en ausencia de oxígeno. ¡Ambos procesos comienzan con la glucólisis!

GLUCÓLISIS Es la conversión de glucosa en dos moléculas de ácido pirúvico (compuesto de 3 carbonos). Se usan dos moléculas de ATP, pero se producen cuatro. El H+, junto con electrones, se unen a una coenzima que se llama nicotín adenín dinucleótido (NAD+) y forma NADH. Ocurre en el citoplasma. Es anaeróbica.

Glucosa 2 Piruvato 2 Lactato 2 Etanol + 2CO2 2 Acetil CoA Glucólisis (10) reacciones sucesivas Condiciones anaeróbicas Condiciones aeróbicas 2 Piruvato Condiciones aeróbicas 2 Lactato 2 Etanol + 2CO2 Conversión a Lactato en vigorosa contracción muscular, en eritrocitos y en microorganismos Fermentación Alcoholica en levaduras 2 Acetil CoA Cíclo del Acido cítrico 4 CO2 + 4 H2O Animales, plantas y muchos microorganismos en condiciones aereóbicas.

RESPIRACIÓN AERÓBICA : Formación de Acetil Es la conversión del ácido pirúvico (3 C) en Acetil o Acetilo (2 C); el cual se une a la coenzima A (coA). Se produce una molécula de CO2 y NADH.

CICLO DE KREBS ( ÁCIDO CÍTRICO) Luego, el acetil-coA entra en una serie de reacciones conocidas como el ciclo del ácido cítrico, en el cual se completa la degradación de la glucosa. El acetil-coA se une al ácido oxalacético (4C) y forma el ácido cítrico (6C). El ácido cítrico vuelve a convertirse en ácido oxalacético. Se libera CO2, se genera NADH y FADH2 y se produce ATP. El ciclo empieza de nuevo.

Glucólisis Célula Glucosa Glucosa C6H12O6 Ac. Pirúvico Acetil CoA O2 Rutas metabólicas incluidas en la Respiración Celular Glucólisis Ocurre en el citoplasma Glucosa Glucosa Ac. Pirúvico Acetil CoA C6H12O6 Núcleo O2 ADP ATP Ciclo de Krebs cadenarespiratoria Fosforilación oxidativa CO2 H2O Mitocondria Célula Ocurren en la mitocondria

CO2 C CITOSOL C C C C C C C C C C C C C H+ C C C C CO2 CO2 C H+ C Acetil CoA C C Coenzima A PIRUVATO C C C C C C Coenzima A CITRATO C C C H+ C OXAL ACETATO C C C CO2 CO2 C H+ C MITOCONDRIA (matriz) C C Α CETO GLUTARATO

CADENA TRANSPORTADORA DE ELECTRONES En el ciclo del ácido cítrico se ha producido 4 CO2, que se elimina, y 2 moléculas de ATP. Sin embargo, la mayor parte de la energía de la glucosa la llevan el NADH y el FADH2, junto a los electrones asociados. Estos electrones sufren una serie de transferencias entre compuestos que son porta- dores de electrones, deno- minados cadena de trans- porte de electrones, que se encuentran en las crestas mitocondriales.

CADENA TRANSPORTADORA DE ELECTRONES Uno de los portadores de electrones es una coenzima, los demás contienen hierro y se llaman citocromos. Esta cadena produce 32 - 34 moléculas de ATP por cada molécula de glucosa degradada, más 2 ATP de la glucólisis y 2 ATP del ciclo del ácido cítrico, hay una ganancia neta de 36 – 38 ATP por cada glucosa que se degrada en CO2 y H2O.

REPASAMOS…

BALANCE ENERGÉTICO Una molécula de glucosa totalmente oxidada nos proporciona de 36 a 38 ATP. Los protones (H+) liberados por el NADH permiten sintetizar 3 ATP, en cambio los liberados por el FADH2 permiten sintetizar 2 ATP.

RESPIRACIÓN ANAERÓBICA No todas las formas de respiración requieren oxígeno. Algunos organismos (bacterias) degradan su alimento por medio de la respiración anaeróbica. Aquí, el aceptor final de electrones es otra sustancia inorgánica diferente al oxígeno. Se produce menos ATP que en la respiración aeróbica.

FERMENTACIÓN Es la degradación de la glucosa y liberación de energía utilizando sustancias orgánicas como aceptores finales de electrones. Algunos organismos como las bacterias y las células musculares humanas, pueden producir energía mediante la fermentación. La primera parte de la fermentación es la glucólisis. La segunda parte difiere según el tipo de organismo.

FERMENTACIÓN ALCOHÓLICA Este tipo de fermentación produce alcohol etílico y CO2, a partir del ácido pirúvico. Es llevada a cabo por las células de levadura (hongo). La fermentación realizada por las levaduras hace que la masa del pan suba y esté preparada para hornearse.

FERMENTACIÓN LÁCTICA Este tipo de fermentación convierte el ácido pirúvico en ácido láctico. Al igual que la alcohólica, es anaeróbica y tiene una ganancia neta de 2 ATP por cada glucosa degradada. Es importante en la producción de lácteos.

CICLO DE CORI El ciclo de Cori involucra la utilización del lactato producido por tejidos no-hepáticos (músculo y eritrocitos) como fuente de carbono para la gluconeogénesis hepática. De esta forma el hígado transforma el lactato, en glucosa para ser utilizada en tejidos no-hepáticos.

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