METABOLISMO ANABOLISMO CELULAR

EL METABOLISMO Es el conjunto de reacciones químicas que se producen en el interior de las células y que conducen a la transformación de unas moléculas en otras. METABOLISMO CATABOLISMO √Producción de ATP √Reacciones de oxidación (pérdida H+) √Los coenzimas se reducen (aceptan H+) √Moléculas complejas ► Moléculas sencillas ANABOLISMO √Gasto de ATP √Reacciones de reducción (ganancia H+) √Los coenzimas se oxidan (ceden H+) √Moléculas sencillas ► Moléculas complejas

EL ANABOLISMO B + FADH2  BH2 + FAD En las reacciones metabólicas, unos compuestos se oxidan y otros de reducen (reacciones redox). En el anabolismo, se producen reacciones de reducción del sustrato utilizando los transportadores de H reducidos (NADPH+ y FADH2) que les ceden sus H+. Molécula REDUCIDA ANABOLISMO B + FADH2  BH2 + FAD

EL ANABOLISMO según la molécula orgánica que se sintetiza: Anabolismo de GLÚCIDOS Anabolismo de LÍPIDOS Anabolismo de PROTEÍNAS Anabolismo de ÁCIDOS NUCLEICOS

TIPOS DE ANABOLISMO (según fuente de C y de energía) AUTÓTROFO FOTOSÍNTESIS Fuente de E.: luz solar Son Fotoautótrofos Ej. Plantas, algas y cianobacterias. QUIMIOSÍNTESIS Fuente de E.: reacciones químicas Son quimioautótrofos Ej: Bacterias nitrificantes, sulfobacterias y ferrobacterias. HETERÓTROFO

LA FOTOSÍNTESIS Conversión de energía luminosa en energía química almacenada en moléculas orgánicas. Se necesitan: - PIGMENTOS FOTOSINTÉTICOS (en los cloroplastos) - DADORES DE ELECTRONES (tomados del medio)

LA FOTOSÍNTESIS FOTOSÍNTESIS OXIGÉNICA ANOXIGÉNICA El dador de electrones es el agua. Se libera OXÍGENO Ej. Plantas, algas, cianobacterias. ANOXIGÉNICA Los electrones proceden de H2S, H2 o moléculas orgánicas. * Si el dador es H2S se libera AZUFRE NO LIBERA OXÍGENO. Ej. Bacterias purpúreas y verdes del azufre

LA FOTOSÍNTESIS Fotosíntesis Organismos Dador de e- Liberan o acumulan Oxigénica Plantas Algas Cianobacterias H2O Oxígeno Anoxigénica Bacterias purpúreas no del azufre Moléculas orgánicas H2 Sulfobacterias purpúreas H2S Acumulan azufre Bacterias verdes filamentosas Sulfobacterias verdes Heliobacterias Moléculas orgánicas No acumulan azufre

LA FOTOSÍNTESIS VISIÓN GLOBAL DE LA FOTOSÍNTESIS OXIGÉNICA Ecuación global:

LA FOTOSÍNTESIS Fotosíntesis oxigénica

LA FOTOSÍNTESIS

LA FOTOSÍNTESIS: FASE LUMÍNICA Localización: Membrana de los tilacoides (cloroplasto)

LA FOTOSÍNTESIS: FASE OSCURA Localización: Estroma (cloroplasto) https://www.youtube.com/watch?v=AjQd-TaQpuQ

LA FOTOSÍNTESIS: FASE LUMÍNICA FOTOSISTEMAS: conjunto de pigmentos fotosintéticos y proteínas de membrana especializados en captar la energía lumínica.

LA FOTOSÍNTESIS: FASE LUMÍNICA FOTOSISTEMAS: Constan de… Complejo antena: constituido por todos los pigmentos del fotosistema (integrados en las membranas tilacoidales). Centro de reacción: contiene proteínas y un pigmento diana (clorofila) que recibe la energía absorbida por el complejo antena. Central termosolar

LA FOTOSÍNTESIS: FASE LUMÍNICA Tilacoide Fotón Complejo antena FOTOSISTEMA Centro de reacción ESTROMA Aceptor primario de electrones e– Transferencia de energía Clorofila Pigmentos (Interior del tilacoide) Membrana tilacoidal

LA FOTOSÍNTESIS: FASE LUMÍNICA Existen dos fotosistemas (PSI y PSII) conectados mediante una cadena de moléculas de transporte de electrones. ATP Photosystem II e– Mill makes Photon Photosystem I NADPH

LA FOTOSÍNTESIS: FASE LUMÍNICA Light P680 e– Photosystem II (PS II) Primary acceptor [CH2O] (sugar) NADPH ATP ADP CALVIN CYCLE LIGHT REACTIONS NADP+ H2O CO2 Energy of electrons O2 LA FOTOSÍNTESIS: FASE LUMÍNICA FOTOSISTEMA II (PSII) Tiene su máximo de absorción en 680 nm. El pigmento diana es la Clorofila P680 . La energía contenida en los fotones de la luz impulsa a los electrones de la clorofila P680 (centro de reacción).

LA FOTOSÍNTESIS: FASE LUMÍNICA Light P680 e– Photosystem II (PS II) Primary acceptor [CH2O] (sugar) NADPH ATP ADP CALVIN CYCLE LIGHT REACTIONS NADP+ H2O CO2 Energy of electrons O2 + 2 H+ 1/2 FOTOSISTEMA II (PSII) Los fotones captados por PSII sirven también para producir la fotólisis del agua, que se descompone en: H+, que quedan en el interior del tilacoide (gradiente electroquímico). e-, que reponen los perdidos por la clorofila P680 anteriormente. O2, que se expulsa (producto de desecho).

LA FOTOSÍNTESIS: FASE LUMÍNICA Light P680 e– Photosystem II (PS II) Primary acceptor [CH2O] (sugar) NADPH ATP ADP CALVIN CYCLE LIGHT REACTIONS NADP+ H2O CO2 Energy of electrons O2 + 2 H+ 1/2 Pq Cytochrome complex Electron transport chain Pc Los electrones activados serán desplazados a lo largo de una cadena de transporte, cuya energía se aprovechará para bombear protones al interior del tilacoide (atravesando la membrana tilacoidal). Se crea así un gradiente electroquímico que se utilizará para la producción de ATP.

LA FOTOSÍNTESIS: FASE LUMÍNICA Light P680 e– Photosystem II (PS II) Primary acceptor [CH2O] (sugar) NADPH ATP ADP CALVIN CYCLE LIGHT REACTIONS NADP+ H2O CO2 Energy of electrons O2 + 2 H+ 1/2 Pq Cytochrome complex Electron transport chain Pc P700 Photosystem I (PS I) FOTOSISTEMA I (PSI): Tiene su máximo de absorción en 700 nm. El pigmento diana es la Clorofila P700.

LA FOTOSÍNTESIS: FASE LUMÍNICA Light P680 e– Photosystem II (PS II) Primary acceptor [CH2O] (sugar) NADPH ATP ADP CALVIN CYCLE LIGHT REACTIONS NADP+ H2O CO2 Energy of electrons O2 + 2 H+ 1/2 Pq Cytochrome complex Electron transport chain Pc P700 Photosystem I (PS I) Electron Transport chain reductase Fd + H+ + 2 H+ El aceptor final de electrones es el NADP+, que queda reducido a NADPH+H+ Formación de ATP por fotofosforilación

LA FOTOSÍNTESIS: FASE LUMÍNICA Fotofosforilación: la energía liberada durante el transporte electrónico permite bombear protones desde el estroma al interior del tilacoide, formándose un gradiente electroquímico.

Cadena de transporte electrónico Fotofosforilación: El flujo de H+ por el complejo enzimatico ATPasa sirve para catalizar la formación de ATP. Membrana Cadena de transporte electrónico Interior del tilacoide ATP sintetasa H+ Difusión ADP + P i Estroma

Hacia el ciclo de Calvin ESTROMA Luz Fotosistema II Cytochrome complex 2 H+ Fotosistema I NADP+ reductasa Fd Pc Pq H2O O2 +2 H+ 1/2 NADP+ + 2H+ + H+ NADPH Hacia el ciclo de Calvin THYLAKOID SPACE (High H+ concentration) Membrana tilacoidal ATP sintetasa ADP + P H+ i [CH2O] (sugar) CO2 LIGHT REACTIONS CALVIN CYCLE Light LA FOTOSÍNTESIS: FASE LUMÍNICA FOTOFOSFORILACIÓN CÍCLICA: Solo interviene el PSI Se obtiene ATP pero no NADPH ni O2.

LA FOTOSÍNTESIS: FASE OSCURA Se realiza en ausencia de luz Se forman compuestos orgánicos a partir de inorgánicos gracias a la energía química (ATP) y poder reductor (NADPH2) obtenidos en la fase lumínica. Se inician en el estroma del cloroplasto y continúan en el hialoplasma.

LA FOTOSÍNTESIS: FASE OSCURA CICLO DE CALVIN Se produce Gliceraldehido 3P (G3P) a partir de CO2 usando ATP y NADPH El carbono entra como CO2 y sale como G3P Para formar un G3P,se necesitan 3 vueltas del ciclo en las que se fijan 3 moléculas de CO2 Se reciclan las moléculas de partida.

LA FOTOSÍNTESIS: FASE OSCURA CICLO DE CALVIN H2O CO2 Entrada luz 3 (1 molécula Por vuelta) NADP+ ADP CO2 Fase lumínica CiCLO DE CALVIN ATP Fase 1: Fijación del carbono NADPH Rubisco O2 [CH2O] (monosac) 3 P P Intermediario de vida corta 3 P P 6 P Ribulosa Bifosfato (RuBP) 3-Fosfoglicerato 6 ATP 6 ADP CICLO DE CALVIN

LA FOTOSÍNTESIS: FASE OSCURA CICLO DE CALVIN H2O CO2 Entrada Light 3 NADP+ (1 molécula Por vuelta) ADP CO2 LIGHT REACTIONS CALVIN CYCLE ATP Fase 1: Fijación del carbono NADPH Rubisco O2 [CH2O] (sugar) 3 P P Intermediario de vida corta 3 P P 6 P Ribulosa Bifosfato (RuBP) 3-Fosfoglicerato 6 ATP 6 ADP CICLO DE CALVIN 6 P P 1, 3- Bifosfoglicerato 6 NADPH 6 NADP+ 6 P i 6 P Gliceraldehido 3 Fosfato (G3P) Fase 2: Reducción SALIDA 1 P Glucosa u otros compuestos orgánicos G3P (osa) SALIDA

LA FOTOSÍNTESIS: FASE OSCURA [CH2O] (sugar) O2 NADPH ATP ADP NADP+ CO2 H2O LIGHT REACTIONS CALVIN CYCLE Light ENTRADA (1 molécula Por vuelta) Rubisco 3 P Intermediario De vida corta Fase 1: Fijación del C 6 3-Fosfoglicerato 6 ADP Ribulosa bifosfato (RuBP) 6 NADP+ i 1,3-Bifosfoglicerato Gliceraldehido 3 Fosfato (G3P) 1 G3P (osa) SALIDA Fase 2: Reducción Glucosa y otros compuestos orgánicos 3 ADP Fase 3: Regeneración de RuBP 5 CICLO DE CALVIN

LA FOTOSÍNTESIS: FASE OSCURA Balance energético EN CADA VUELTA SE CONSUMEN: - 3 ATP - 2 NADPH+H. CADA 3 VUELTAS SE OBTIENE: Por cada tres moléculas de CO2 (1 por vuelta): - 1 ribulosa 1 G3P Por tanto, por cada molécula de glucosa que se logra sintetizar se fijan 6 CO2, . BALANCE PARA FABRICAR UNA MOLÉCULA DE GLUCOSA: ATP..........................................3 x 6 vueltas = 18 ATP NADPH+H...............................2 x 6 vueltas = 12 NADPH+H La ecuación global será: 6 CO2 + 12 NADPH+H + 18 ATP = 1 C6H12O6 + 12 NADP+ +18 ADP + Pi

LA FOTOSÍNTESIS FACTORES QUE INFLUYEN

LA FOTOSÍNTESIS FACTORES QUE INFLUYEN

LA FOTOSÍNTESIS FACTORES QUE INFLUYEN Plantas C4 Plantas C3

LA FOTOSÍNTESIS FACTORES QUE INFLUYEN

LA FOTOSÍNTESIS FACTORES QUE INFLUYEN

FOTORRESPIRACIÓN Cuando la concentración de CO2 baja, la enzima RUBISCO deja de funcionar como una carboxilasa y comienza a hacerlo como una oxigenasa. El O2 actúa como un competidor del CO2 en el centro activo del enzima. El resultado es la pérdida de parte del ATP y del NADPH producido en la fase luminosa y la liberación de CO2.

FOTORRESPIRACIÓN Fotorrespiración Efectos positivos Efectos negativos A concentraciones reducidas de CO2 la energía luminosa no utilizada puede dañar la membrana tilacoidal. (Elimina la fotooxidación de la membrana tilacoidal.) Limita la eficacia de la fotosíntesis. Consume ATP y NADPH. Degrada materia orgánica.

FOTOSÍNTESIS EN PLANTAS C4 En climas calurosos y muy iluminados la planta se ve obligada a cerrar los estomas para no perder agua, y eso conlleva una reducción de la entrada de CO2. Esto incrementa la fotorrespiración. La solución: Separar en el espacio las células que captan el CO2 del exterior de las que hacen la fijación en glucosa (ciclo de Calvin). Las plantas que hacen esto se llaman plantas C4 porque son moléculas de 4 carbonos las que primero fijan el CO2 atmosférico.

QUIMIOSÍNTESIS Es un tipo anabolismo autótrofo. Se forman compuestos orgánicos complejos a partir de otros inorgánicos. La energía que se requiere procede de oxidación de moléculas inorgánicas sencillas El sustrato que se oxida varía según sea el microorganismo. Los organismos que realizan quimiosíntesis se denominan quimioautótrofos o quimiolitotrofos.

QUIMIOSÍNTESIS BACTERIAS QUIMIOLITOTROFAS

QUIMIOSÍNTESIS Importancia biológica de los procesos quimiosintéticos: Descomposición de la materia orgánica cerrando el ciclo de la materia en los ecosistemas. Fijación del nitrógeno atmosférico: pueden incorporar el nitrógeno inorgánico del aire.

OTROS PROCESOS ANABÓLICOS: GLUCONEOGÉNESIS Síntesis de glucosa a partir de precursores no glucídicos. Incluye la utilización de: Varios aminoácidos (excepto Leu y Lys): Lactato Piruvato Glicerol Tiene lugar principalmente en el hígado.

OTROS PROCESOS ANABÓLICOS: GLUCONEOGÉNESIS

OTROS PROCESOS ANABÓLICOS: GLUCOGENOGÉNESIS Síntesis de glucógeno a partir de glucosa 6P. Se produce especialmente en el hígado y en los músculos. La reserva de glucosa del hígado funciona a nivel orgánico. La formación del glucógeno y la liberación de glucosa está controlada por varias hormonas. El glucógeno del músculo, por el contrario, es una reserva particular que solo funciona a nivel local.