TEMA 8B. El metabolismo (Anabolismo) Bonifacio San Millán IES Muriedas 2º Bachillerato - Biología

El metabolismo (anabolismo) PANORÁMICA GENERAL DEL METABOLISMO: Simultaneidad NECESIDAD DE REGULACIÓN: De la síntesis enzimática: (A nivel de transcripción, traducción o maduración) De la actividad enzimática: (Activación de proenzimas, inhibición, etc.) Por compartimentación : localización de los enzimas

LA FOTOSÍNTESIS LA FOTOSÍNTESIS PROCESO GENERAL : INTRODUCCIÓN PROCESO GENERAL : 6 CO2 + 12 H2O  C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O ETAPAS: FASE LUMINOSA  síntesis de ATP y NADPH FASE OSCURA  Fijación de CO2 y síntesis orgánica: Consumo de los productos de la fase lumínica (ATP y NADPH)

LA FOTOSÍNTESIS

LA FOTOSÍNTESIS FASE LUMINOSA  síntesis de ATP y NADPH PIGMENTOS: clorofilas a y b (vegetales y cianobacterias) c y d (algas) bacterioclorofila (bacterias fotosintéticas), carotenoides y ficobilinas (algas) ESPECTRO ÚTIL (visible 400- 700 nm) FUNDAMENTO: resonancia, excitación electrónica y transporte redox de e- UNIDADES FUNCIONALES: LOS FOTOSISTEMAS: CCL (c.antena) + Centro de reacción (Clor. a, dador y aceptor) Fotosistema I (P700) y Fotosistema II (P680) ATPasa TRANSPORTADORES ELECTRÓNICOS

LA FOTOSÍNTESIS FASE LUMINOSA  síntesis de ATP y NADPH PIGMENTOS: Clorofilas (verdes) a y b (vegetales y cianobacterias) c y d (algas) Bacterioclorofila (bacterias fotosintéticas), Carotenoides (vegetales, algas y cianobacterias) Carotenos (marrones y anaranjados) Xantofilas (amarillos) Ficobilinas (algas y cianobacterias) Ficocianinas (azules) Ficoeritrinas ( rojos)

CLOROFILAS

CAROTENOIDES Carotenos Xantofilas

Ficobilinas Ficocianina Ficoeritrina

Cromatografía

LA FOTOSÍNTESIS (Fase lumínica) PIGMENTOS: ESPECTRO ÚTIL (visible 400- 700 nm)

LA FOTOSÍNTESIS FASE LUMINOSA  síntesis de ATP y NADPH FUNDAMENTOS: Fluorescencia: No se da en la fotosíntesis El electrón excitado vuelve al orbital original y pierde la energía absorbida en forma de luz y calor

LA FOTOSÍNTESIS FASE LUMINOSA  síntesis de ATP y NADPH FUNDAMENTOS: Resonancia La energía pasa por resonancia de unos pigmentos a otros hasta el centro de reacción

LA FOTOSÍNTESIS FASE LUMINOSA  síntesis de ATP y NADPH FUNDAMENTOS: Excitación electrónica

LA FOTOSÍNTESIS FASE LUMINOSA  síntesis de ATP y NADPH FUNDAMENTOS: Transporte de e- (cadena redox)

LA FOTOSÍNTESIS FASE LUMINOSA  síntesis de ATP y NADPH UNIDADES FUNCIONALES: LOS FOTOSISTEMAS: CCL (c.antena) + Centro de reacción (Clor. a, dador y aceptor) Fotosistema I (P700) y Fotosistema II (P680) CCL: Centro colector de luz. Diferentes pigmentos: clorofilas, carotenos,… Centro de reacción: 3. Dímero de clorofila A 4. Dador de electrones 5. Aceptor de electrones 6. Membrana de un tilacoide

LA FOTOSÍNTESIS FASE LUMINOSA  síntesis de ATP y NADPH UNIDADES FUNCIONALES: LOS FOTOSISTEMAS: (PSI y PSII) Fotosistema I (P700) y Fotosistema II (P680)

LA FOTOSÍNTESIS FASE LUMINOSA  síntesis de ATP y NADPH UNIDADES FUNCIONALES: ATPasa TRANSPORTADORES ELECTRÓNICOS Estroma Espacio intratilacoidal

LA FOTOSÍNTESIS FASE OSCURA  Fijación de CO2 y síntesis orgánica Consumo de los productos de la fase luminica (ATP y NADPH)

LA FOTOSÍNTESIS : Fase luminosa FLUJO “NO” CÍCLICO de e- (Fotofosforilación acíclica) Esquema en Z: Genera ATP y NADPH Fotolísis del H2O  O2 atmosférico

FLUJO “NO” CÍCLICO de e- (Fotofosforilación acíclica)

LA FOTOSÍNTESIS : Fase luminosa FLUJO CÍCLICO de e- (Fotofosforilación cíclica) Esquema en D: Genera solamente ATP: Existe mayor requerimiento Anoxigénica

La Hipótesis quimiosmótica de Mitchell

Estroma Interior del tilacoide

LA FOTOSÍNTESIS: Fase oscura FASE OSCURA  Fijación de CO2 y síntesis orgánica Consumo de los productos de la fase lumínica (ATP y NADPH)

FASE OSCURA  Fijación de CO2 y síntesis orgánica Consumo de los productos de la fase lumínica (ATP y NADPH)

LA FOTOSÍNTESIS: Fase oscura Fases: 1.- Fijación o Carboxilación 2.- Reducción: Ácido a aldehído 3.- Regeneración: Compleja vía de las pentosas que regenera la Ribulosa 1,5 diP

LA FOTOSÍNTESIS: Fase oscura F. Fijación F. Regeneración F. Reducción

LA FOTOSÍNTESIS: Fase oscura

FASE OSCURA  Fijación de CO2 y síntesis orgánica Consumo de los productos de la fase lumínica (ATP y NADPH)

LA FOTOSÍNTESIS Proceso general, fase luminosa: 12 H2O + 18 ADP + 18Pi + 12 NADP + → 18 ATP + 12 NADPH + 12 H + + 6O2 Proceso general, fase oscura: 6 CO2 + 18 ATP + 12 NADPH +12 H+ + 6 H2O → HEXOSA + 12 H2O +18 ADP + 18Pi +12 NADP+ Sumemos ambos procesos: Proceso global: 6 CO2 + 12 H2O → HEXOSA (C6H12O6) + 6O2 + 6 H2O Proceso global simplificado: 6 CO2 + 6 H2O → HEXOSA (C6H12O6) + 6O2

ASPECTOS ECOLÓGICOS Y EVOLUTIVOS 1º FOTOSISTEMA I  Fotosíntesis anoxigénica (Ej.actual: sulfobacterias fotosíntéticas verdes) 2º FOTOSISTEMA II  Fotosintesis oxigénica (Ej. cianobacterias y plantas superiores): Implicaciones: Atmósfera oxidante (O2)  aparición y expansión de los aerobios Capa de ozono: O2 + O2   O3 + ½ O2  protección (aspectos evolutivos) Aparición de los PRODUCTORES (autótrofos), base de las cadenas y redes tróficas (aspectos ecológicos)

Bacterias fotosintéticas Bacterioclorofila Y fotofosforilación anoxigénica Cianobacterias Otras bacterias fotosintéticas con con Clorofila y fotofosforilación oxigénica Bacterias verdes Bacterias púrpuras Sulfubacterias No sulfureas Sulfubacterias No sulfureas con con con con Fotofosforilación acíclica Fotofosforilación cíclica muy antigua Fotofosforilación cíclica Fotofosforilación cíclica

ASPECTOS ECOLÓGICOS Y EVOLUTIVOS 1º FOTOSISTEMA I  Fotosíntesis anoxigénica Ej.actuales (Con bacterioclorofila): Sulfobacterias fotosíntéticas verdes Sulfobacterias fotosíntéticas púrpuras Bacterias No sulfureas fotosíntéticas verdes Bacterias No sulfureas fotosíntéticas púrpuras

ASPECTOS ECOLÓGICOS Y EVOLUTIVOS 1º FOTOSISTEMA I  Fotosíntesis anoxigénica Ej.actuales: Bacterias No sulfureas fotosíntéticas púrpuras Mayoría fotoheterótrofas

ASPECTOS ECOLÓGICOS Y EVOLUTIVOS 1º FOTOSISTEMA I  Fotosíntesis anoxigénica Ej.actuales: Sulfobacterias fotosíntéticas verdes La mayoría fotoautótrofas

LA QUIMIOSÍNTESIS Concepto: Energía a partir de la oxidación de compuestos INORGÁNICOS normalmente por fosforilación oxidativa y síntesis orgánica  Autótrofos no fotosintéticos. Fases: 1ºSust. inorgánica A Sust. Inorgánica B + ATP (por fosforilación oxidativa) Aceptor final: normalmente, O2  tipo especial de respiración aerobia NADH por flujo inverso de e- con gasto de ATP 2º Biosíntesis orgánica (c. Calvín o c. Krebs inverso) oxidación

LA QUIMIOSÍNTESIS oxidación 1ºSust. inorgánica A Sust. Inorgánica B + ATP (por fosforilación oxidativa) Aceptor final: normalmente, O2  tipo especial de respiración aerobia Ej. NO2 + 2H+ NO3 ATP ½ O2 Cadena de transporte Electrónico (redox) H2O

LA QUIMIOSÍNTESIS 1ºSust. inorgánica A Sust. Inorgánica B + ATP NAD+ oxidación 1ºSust. inorgánica A Sust. Inorgánica B + ATP NADH por flujo inverso de e- con consumo de parte del ATP sintetizado. NAD+ NADH + H+ Consumo de ATP NO3 - Cadena de transporte Electrónico (redox) NO2-

LA QUIMIOSÍNTESIS

LA QUIMIOSÍNTESIS Grupos de organismos quimiosintéticos: Organismos: Todos son bacterias Todos quimiolitotróficos  (QUIMIOAUTÓTROFOS) Transformadores  cierran los ciclos biogeoquímicos

LA QUIMIOSÍNTESIS Grupos de organismos quimiosintéticos: A) B. Nitrificantes: ej. NH3 NO2 NO3 Importantes en el ciclo del nitrógeno B) B. Del hierro: Fe+2 Fe+3 ej. Ferrobacillus C) B. Incoloras del azufre: H2S S H2SO4 D) B. del Hidrógeno y del Metano: H2 H2O CH4   CO2 + H2O Algunas c y d de las dorsales oceánicas: Productores  Ecosistemas independientes del sol Nitrosomomas: Nitrobacter

LA QUIMIOSÍNTESIS Grupos de organismos quimiosintéticos: A) B. Nitrificantes: ej. NH3 NO2  NO3 Importantes en el ciclo del nitrógeno Nitrosomomas Nitrobacter Nitrosomomas: NH4+ + 3/2 O2 NO2 + 2H+ + H2O NO2 + ½ O2 NO3 NH4+ + NO2- N2 + 2 H2O (X) (X) En este caso el aceptor final no es el O2, sino el NO2  Nitrobacter: Bacterias anammox:

LA QUIMIOSÍNTESIS Ej. Grupos de organismos quimiosintéticos: A) B. Nitrificantes: ej. NH3 NO2  NO3 Importantes en el ciclo del nitrógeno Ej. Nitrosomomas Nitrobacter NO2 + ½ O2 NO3

LA QUIMIOSÍNTESIS

LA QUIMIOSÍNTESIS B) B. Del hierro: Fe+2 Fe+3 ej. Ferrobacillus Fe2+ + 2H+ + ½ O2 Fe3+ + H2O

LA QUIMIOSÍNTESIS C) B. Incoloras del azufre: H2S + ½ O2 S + H2O Grupos de organismos quimiosintéticos: C) B. Incoloras del azufre: H2S S H2SO4 H2S + ½ O2 S + H2O S + 2O2 SO42- Algunas c y d de las dorsales oceánicas: Productores  Ecosistemas independientes del sol

LA QUIMIOSÍNTESIS H2 H2O CH4 CO2 + H2O Grupos de organismos quimiosintéticos: D) B. del Hidrógeno y del Metano: H2 H2O H2 + ½ O2 H2O ej. Pseudomonas 4H2 + CO2 CH4 + 2H2O bact. Metanógenas CH4   CO2 + H2O CH4 + 2 O2   CO2 + 2H2O bact. Metanotrofas Algunas c y d de las dorsales oceánicas: Productores  Ecosistemas independientes del sol

Comparación Fotosíntesis y Quimiosíntesis

OTROS PROCESOS ANABÓLICOS Gluconeoneogénesis Cetogénesis Ruta catabólica

Otras rutas anabólicas Phe Tyr Ala Trp piruvato Val Leu Ser Gly Cys Acetil CoA Ácidos grasos Ser Gly Cys Funarato Pro y Arg Asp Met Lis Ileu

ESQUEMA GENERAL DEL METABOLISMO

TEMA 8B TEST DE REPASO

Comenta la importancia de la fotosíntesis en la Biosfera Define en pocas palabras las analogías y diferencias entre fotosíntesis y quimiosíntesis . Qué papel juegan el ATP y el NADPH en la fotosíntesis? ¿En qué etapa de la misma se sintetizan y consumen respectivamente?

Describe, a partir de una representación gráfica, el proceso de fotofosforilación acíclica . Indica como se reciclan los coenzimas obtenidos en dicho proceso .

¿A qué se debe el hecho de que las plantas superiores necesiten dos tipos de fotofosforilación , la cíclica y la acíclica? Ayúdate de una representación grafica.

Describe las etapas del ciclo de Calvin, indicando los procesos que nos permitan la síntesis de una molécula de glucosa. Indica que enzima permite el proceso inicial de fijación del CO2.

Define anabolismo: cita un proceso anabólico que tenga lugar en una célula animal y otra vegetal . Concepto de quimiosíntesis y principales diferencias respecto a la fotosíntesis y fermentación.

Cita un proceso biológico que consuma ATP Cita un proceso biológico que consuma ATP. Indica en qué lugar de la célula se sintetiza el ATP ¿cuál es el mecanismo de su síntesis? ¿de dónde proceden los electrones que permiten su síntesis? Razona la respuesta.

A partir de la ecuación general de la fotosíntesis, indica el destino teórico de los distintos átomos que forman parte de las reactivos iniciales.

Aunque los aminoácidos de la dieta deberían ser utilizados por el organismo para la formación de proteínas no siempre ocurre así y en muchos casos pueden ser catabolizados. ¿Qué beneficio puede obtener el organismo de la oxidación de un aminoácido? ¿qué productos de desecho se generarían tras la degradación total de los aminoácidos en condiciones aeróbicas? Razona la respuesta: El principio de la termodinámica que dice que la energía no se crea ni se destruye sino que se transforma se aplica también a los seres vivos, pues estos son activos intercambiadores de materia y energía con el entorno. ¿En qué forma puede captar energía una célula y en qué la transforma mediante: a) la fotosíntesis y b) la respiración celular? ¿Para qué utiliza la célula esta energía así obtenida en ambos casos? Razona la respuesta.

Si el proceso fotosintético se resumiese en una reacción química ¿cuáles serían los productos de partida y cuales los obtenidos en el proceso? ¿Qué función desempeñan en este proceso los pigmentos fotosintéticos? Partiendo de la base de que un individuo que realiza la fotosíntesis se considera autótrofo, es decir puede sintetizar sus propias biomoléculas ¿en qué forma y de dónde obtendría los átomos de nitrógeno necesarios para sintetizar sus aminoácidos? Razona la respuesta y pon ejemplo.

¿Puede un organismo considerado autótrofo asimilar el anhídrido carbónico en ambientes apartados de la luz solar u otra fuente de luz? Razona la respuesta y en caso afirmativo pon un ejemplo de organismo que utilice esta estrategia. Elabora un texto coherente (no más de diez líneas).en el que se relacionen los siguientes compuestos y estructuras: CO2, O2, NADPH, Glucosa, fotosíntesis, H2O, cloroplastos. En el fenómeno biológico representado en la figura identifica la estructura A y la ruta metabólica B. Pon nombre a los integrantes y comenta el papel del ATP y NADPH en este proceso.