Download Diapositiva 1 - IES MURIEDAS. Departamento de Biologia y Geologia

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
 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)
1. CCL: Centro colector de luz. Diferentes
pigmentos: clorofilas, carotenos,…
2. 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:
o 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
 3.-
a aldehído
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
Bacterias fotosintéticas
Cianobacterias
Otras bacterias fotosintéticas
Con 2 fotosistemas
Clorofila y
fotofosforilación
oxigénica
Con 1 fotosistema
Bacterias verdes
Sulfubacterias
con
Fotofosforilación
acíclica y cíclica
con
Bacterioclorofila
Y
fotofosforilación
anoxigénica
Bacterias púrpuras
No sulfureas
con
Fotofosforilación
cíclica muy antigua
Sulfubacterias
con
Fotofosforilación
cíclica
No sulfureas
con
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:
oxidación

1ºSust. inorgánica A
fosforilación oxidativa)
Sust. Inorgánica B + ATP (por
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)
LA QUIMIOSÍNTESIS
oxidación
 1ºSust.
inorgánica A
fosforilación oxidativa)
Sust. Inorgánica B + ATP (por
final: normalmente, O2  tipo especial de
respiración aerobia
 Aceptor
Ej. NO2 + 2H+
ATP
NO3
Cadena de transporte
Electrónico (redox)
½ O2
H2O
LA QUIMIOSÍNTESIS
 1ºSust.
oxidación
inorgánica A
Sust. Inorgánica B + ATP
 NADH
por flujo inverso de e- con consumo de parte del
ATP sintetizado.
NAD+
Consumo de ATP
NADH + H+
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:
Nitrosomomas:
Nitrobacter
 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
LA QUIMIOSÍNTESIS

Grupos de organismos quimiosintéticos:
 A) B. Nitrificantes:
Nitrosomomas


Nitrobacter
NO3
ej. NH3
NO2
 Importantes en el ciclo del nitrógeno
Nitrosomomas:
NH4+
Nitrobacter:
NO2 +
Bacterias anammox: NH4+
+ 3/2 O2
½ O2
+
NO2-
NO2 +
2H+
+ H2O
NO3
N2
+
2 H2O (X)
(X) En este caso el aceptor final no es el O2, sino el NO2 
LA QUIMIOSÍNTESIS

Grupos de organismos quimiosintéticos:
 A) B. Nitrificantes:
Nitrosomomas

 Ej.

Nitrobacter
ej. NH3
NO2
 Importantes en el ciclo del nitrógeno
NO2 +
½ O2
NO3
NO3
LA QUIMIOSÍNTESIS
LA QUIMIOSÍNTESIS

B) B. Del hierro:
 Fe+2
Fe+3 ej. Ferrobacillus
Fe2+ + 2H+ + ½ O2
Fe3+ + H2O
LA QUIMIOSÍNTESIS

Grupos de organismos quimiosintéticos:
 C)

B. Incoloras del azufre:
H2S
S
H2S + ½ O2
S + 2O2

H2SO4
S + H2O
SO42-
Algunas c y d de las dorsales
oceánicas:
 Productores  Ecosistemas
independientes del sol
LA QUIMIOSÍNTESIS

Grupos de organismos quimiosintéticos:
 D) B. del Hidrógeno y del Metano:

H2
H2 + ½ O2
4H2 + CO2
 CH4
CH4 + 2 O2
H2 O
H2O
ej. Pseudomonas
CH4 + 2H2O bact. Metanógenas
CO2 + H2O
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
Acetil CoA
Ácidos grasos
Ser
Gly
Cys
Funarato
Pro y Arg
Asp
Met
Lys
Ile
La rutas
biosintéticas de
aa esenciales
como TRP, LEU,
ILE, VAL, MET,
PHE, THR, LYS,
aunque existen
en la mayoría de
los casos,
resultan
insuficientes y
energéticamente
muy costosas.
ESQUEMA GENERAL DEL METABOLISMO
TEMA 8B
TEST DE REPASO
Comenta la importancia de la fotosíntesis en la Biosfera
 Consolidación de los Productores
 Aparición de l oxígeno:
o  veneno + diversificación de los aerobios
o  Capa de Ozono: Protección y evolución de o. superiores terrestres.
Define en pocas palabras las analogías y diferencias entre fotosíntesis y
quimiosíntesis .
 Analogías:
o C. de Calvin (Fase biosintética)
 Diferencias:
o Obtención de energía y poder reductor: (Fase oxidativa)
 Fotosíntesis:
 E. luminosa: NADPH y (fotofosforilación)  ATP
 Quimiosíntesis:
Oxidación s. inorgánicas (fosforilación oxidativa)  ATP .
 Flujo inverso de e-  NADH
Qué papel juegan el ATP y el NADPH en la fotosíntesis? ¿En qué etapa de la
misma se sintetizan y consumen respectivamente?
 a) Energía y poder reductor para la biosíntesis orgánica
 b) F. Luminosa (producción) y F. oscura (consumo para biosíntesis)
Describe, a partir de una representación gráfica, el proceso de
fotofosforilación acíclica . Indica como se reciclan los coenzimas
obtenidos en dicho proceso .
Se recilan oxidándose en el ciclo de Calvin
¿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.
La fotofosforilación acíclica o esquema en Z produce 1 ATP y un NADPH por
ciclo, sin embargo los requerimientos de ATP y NADPH en el ciclo de Calvin son
diferentes; se necesitan 12 NADPH y 18 ATP para la síntesis de una glucosa. El
aporte extra de ATP lo proporciona la fotofosforilación cíclica o esquema en D, ya
que solo genera ATP , no necesitando la foltolisis del agua por lo que es
anoxigénica
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.
Enzima Rubisco: (Ribulosa 1-5difosfato-carboxilasa-oxigenasa)
F. Fijación
F. Regeneración
F. Reducción
Define anabolismo: cita un proceso anabólico que tenga lugar en una
célula animal y otra vegetal .
 Parte del metabolismo que incluye el conjunto de procesos químicos de tipo
reductor, divergente y endergónico que permiten a las células sintetizar
moléculas orgánicas complejas a partir de moléculas más simples.
 Animal: Glucogenogénesis, GLUCONEOGÉNESIS, traducción …
Vegetal: Fotosíntesis, sint de almidón, …
Concepto de quimiosíntesis y principales diferencias respecto a la
fotosíntesis y fermentación.
a)
Procesos biosinteticos (anabólicos) en los que los organismos implicados obtienen la energía y el
poder reductor necesarios para síntesis orgánica, a partir de la oxidación de sustancias inorgánicas
sencillas a partir de mecanismos basados en la fosforilación oxidativa.
b)
Quimiosíntesis:
1º Fase oxidativa
a) ATP x oxidación de s. inorgánica (fosforilación oxidativa)
b) NADH: flujo inverso de e2º Síntesis orgánica (P. anabólico, reductora)
Fotosíntesis:
1º F. luminosa:
a) ATP x fotofosforilación
b) NADPH x fotolisis o flujo inverso (bacterias no cianoficeas)
2º síntesis orgánica (P. anabólico)
Fermentación: (P: catabólico)
1º ATP x oxidación parcial de s. orgánica (fosforilación a n. de sustrato)
2º reciclado de coenzimas (NADH  NAD+ ) : fase reductora
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.
 C. de Calvin
 Cloroplastos:
 Fotofosforilación:
 Electrones de:
 fotolisis del H2O
 Los centros de reacción (P680 y P700)
 Citosol :
 Fosf. a nivel de sustrado
 Electrones de la oxidación de moléculas orgánicas directamente (los ceden al
coenzima NAD+
 Mitocondrias :
 Fosforilación oxidativa y a nivel de sustrato (GTP).
 Electrones de la oxidación de moléculas orgánicas directamente o
indirectamente (los ceden a los coenzimas NAD+ y FAD).
A partir de la ecuación general de la fotosíntesis, indica el destino teórico
de los distintos átomos que forman parte de las reactivos iniciales.
6 CO2 + 12 H2O → HEXOSA (C6H12O6) + 6O2 + 6 H2O
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:
Beneficio: energía ante carencia de nutrientes energéticos por degradación total
hasta CO2 y H2O o por síntesis de glucosa o ácidos grasos (aa glucogénicos y
cetogénicos).
Productos:
NH3 (x desaminación), En ureotélicos el NH3 pasa a urea…
CO2, H2O (x. degradación de cetoácidos).
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.
a) E. luminosa E. química (ATP(fotofosforilación), NADPH) para la biosintesis
b) E. química (¿protónmotriz?)  E. química (oxidación de MO): ATP (Fosforilación
oxidativa y a n. de S )+ E. calorífica
1. Biosíntesis
2. Contracción (movimiento) o
3. Mantenimiento de gradientes (membranas)
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.
 6 CO2 + 12 H2O 1 glucosa + 6 O2 + 6 H2O.

Los pigmentos captan e. luminosa que transformada en e. química permite
la síntesis orgánica:
o CCL: Captación y transmisión de e por resonancia
o Clorofilas del C.de R: excitación electrónica  clorofila muy reductora
 Fuente de N :
oLa mayoria de nitratos
oAlgunos de NH4+
oN2 (ej. leguminosas en simbiosis con Rhizobium)
¿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.
Si, quimiosintéticos (quimiolitotróficos), ej. Nitrosomonas, etc.
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.
Texto sobre fotosíntesis, con somera descripción de: etapas: F. luminosa:
fotolisis de H2O y producción de O2, ATP, NADPH. F. oscura: consumo de ATP
y NADPH, fijación de CO2 y síntesis de Glucosa. También localización celular
de cada proceso (cloroplasto) y conclusión final con ecuación general: 6 CO2 +
12 H2O 1 glucosa + 6 O2 + 6 H2O.
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.
Fenómeno: Fotosíntesis
A: Tilacoides (grana) fase luminosa ¿: entra H2O y sale O2
B: Ciclo de Calvin fase oscura ¿: entra CO2 y sale glucosa
(C6H12O6)
ATP: Se forma en fase luminosa y se consume en fase oscura
para la síntesis orgánica (proporciona energía de enlace)
NADPH: Se produce en la fase luminosa y se consume en la f.
oscura, aporta H para la síntesis orgánica (fuente de H) que junto
con el CO2 produce moléculas orgánicas como la glucosa.