17. catabolismo y anabolismo.ppt [modo de compatibilidad] · d Ð w ] o ' _ d µ p u / ^ w zyh...

Mª Pilar García Madruga, IES PARQUE GOYA (17-18) 1

CATABOLISMOY ANABOLISMO

MARÍA PILAR GARCÍA MADRUGA


Tipos de metabolismo

Los seres vivos se clasifican en función de los tipos de metabolismo

◦ Según la fuente de materia orgánica (o fuente de C)

◦ El metabolismo puede ser autótrofo (CO2) si utilizan materiainorgánica para formar materia orgánica

◦ O puede ser heterótrofo (formas reducidas de C: glúcidos, grasas…)si utilizan materia orgánica para formar materia orgánica propia

◦ Según la fuente de energía

◦ El metabolismo puede ser fotótrofo (luz)

◦ O puede ser quimiótrofo (reacciones químicas)


AUTÓTROFA (fotótrofa)

Esquema comparativo del metabolismo autótrofo y heterótrofo

HETERÓTROFA (quimiótrofa)


CATABOLISMO

◦ CONCEPTO◦ TIPOS◦ RESPIRACIÓN

◦ CATABOLISMO GLÚCIDOS◦ GLUCOLISIS◦ CICLO DE KREBS◦ CADENA DE TRANSPORTE DE ELECTRONES RESPIRATORIA◦ RENDIMIENTO ENERGÉTICO

◦ CATABOLISMO LÍPIDOS◦ B OXIDACIÓN◦ CONEXIÓN CON RESPIRACIÓN◦ RENDIMIENTO ENERGÉTICO

◦ CATABOLISMO PROTEÍNAS*◦ CATABOLISMO A. NUCLEICOS*

◦ FERMENTACIÓN◦ ALCOHÓLICA◦ LÁCTICA


CATABOLISMODefinición

Conjunto de reacciones químicas del metabolismo de degradaciónde compuestos químicos complejos, reducidos en otros más simples,oxidados, para obtener energía en forma de ATP

Tipos

Según la sustancia que se reduce o acepta los H

◦ FERMENTACIÓN si se trata de una molécula orgánica

◦ RESPIRACIÓN si se trata de un compuesto inorgánico AERÓBICA O2

ANAERÓBICA NO3- SO4

2-


E

e- + H+

Molécula orgánica oxidada

Molécula orgánica reducida

FERMENTACIÓN


E

e- + H+

O2

H2O

RESPIRACIÓN AEROBIA


E

e- + H+

NO3-

nitrato

RESPIRACIÓN ANAEROBIA

NO2-

nitrito


RESPIRACIÓN

Reacciones químicas de degradación de compuestos orgánicoscomplejos para obtener energía en forma de ATP, útil para la célula

En estas vías catabólicas se degradan glúcidos, lípidos, proteínas oácidos nucleicos que previamente han sido digeridos y absorbidospor las células

Glúcidos Glucosa

Fructosa

Galactosa…

Proteínas aa

Lípidos Glicerina

Ácidos grasos

Colesterol

Á. nucleicos Nucleótidos

ABSORCIÓN

DIGESTIÓN


También pueden pasar al torrente circulatorio a partir de lasreservas del organismo

1º Glucógeno (músculo e hígado) Glucosa

2º Triglicéridos (tejido adiposo) GlicerinaÁcidos grasos*

3º Proteínas (hígado) aa**

*No todos los ácidos grasos se pueden sintetizar a partir deglucosa (los hay esenciales), además sólo las plantas puedentransformar ácidos grasos en glucosa**No todos los aa se pueden sintetizar a partir de glucosa (los hayesenciales)


Es necesario llevar una dieta saludable y equilibrada que incluya todo tipo dealimentos que nos aporten todos los nutrientes necesarios para un buenfuncionamiento del metabolismo celular

La glucosa es el principal nutriente del cerebro, este órgano es muy exigente, enanimales no se puede obtener directamente a partir de las grasas almacenadas

La fibra tiene funciones digestivas no nutritivas pero constituye un alimentoesencial para el adecuado funcionamiento de nuestro intestino

El agua es un nutriente, perdemos agua a diario a través de la respiración,transpiración, el sudor y la orina por lo que es necesario ingerir entre 1,5-2 l diarios.No aporta ninguna caloría pero sin ella las reacciones químicas no tienen lugar

El consumo de suplementos vitamínicos es innecesario en personas sanas quelleven una correcta alimentación, además hay vitaminas liposolubles que puedengenerar problemas a los órganos encargados de su eliminación

El ayuno prolongado genera una situación metabólica similar a la que padecenlas personas diabéticas, se generan cuerpos cetónicos a partir de los ácidosgrasos producidos por la intensa lipolisis y que suponen una fuente de energíapara el músculo cardíaco o para el cerebro en situaciones excepcionalesprovoca entre otros la presencia de acetona en orina y en aliento, o la acidosissanguínea que puede provocar la muerte del individuo


Catabolismo de glúcidosConsiste en la oxidación completa de glucosa en presencia de O2

C6H12O6+6O2 6CO2+6H2O+38ATP

No se realiza en un solo paso sino en una serie de rutas metabólicas quepermiten la degradación progresiva de la glucosa

Es una ruta prácticamente universal (salvo las bacterias) se da tanto enorganismos autótrofos como en organismos heterótrofos, la únicadiferencia es el origen de los nutrientes (en autótrofos proceden de lafotosíntesis y en heterótrofos de los alimentos)

Tiene lugar en tres fases: Glucolisis (en el citoplasma), Ciclo de Krebs (en lamatriz mitocondrial) y cadena de transporte de electrones respiratoria (enla membrana interna mitocondrial)


El catabolismo por respiración en células eucariotas

e- y H+ transportadospor NADH y FADH2

e- y H+

transportadospor NADH

Glucólisis

Glucosa Ácido pirúvico

- Transporte de e-

- Quimiósmosis- Fosforilación oxidativa

Ciclode Krebs


Glucolisis (o ruta de Embden-Meyerhoff)

Oxidación y rotura de una molécula de glucosa para obtener2 moléculas de Á. Pirúvico, 2ATP(energía) y 2NADH (coenzimasreducidos)

CO

CH3

CO

OH

2 ATP2 ADPa D-GLUCOPIRANOSA

2

2 ÁCIDO PIRÚVICO

2NADH2NAD+

O

OHH

HH

OHOH

H OH

H

H2C OH


GLUCOSA

GLUCOSA 6-FOSFATO

FRUCTOSA 6-FOSFATO

FRUCTOSA 1, 6- DIFOSFATO

DIHIDROXIACETONAFOSFATOGLICERALDEHÍDO 3 FOSFATO

A. 1,3-DIFOSFOGLICÉRICO

A. 3-FOSFOGLICÉRICO

A. 2-FOSFOGLICÉRICO

A. FOSFOENOLPIRÚVICO

A. PIRÚVICO

ATP

ADP

ATP

ADP

NAD+

NADH

ADP

ATP

ADP

ATP

Pi

H2O

X2

GLUCOLISIS


◦ Primero se aporta ATP para fosforilar compuestos y permitir surotura

◦ Se produce la rotura de una molécula de 6 átomos de C en 2moléculas de 3 átomos de C: 2(GA-3-fosfato)

◦ Se produce la oxidación del GA-3-fosfato y se reordenan losenlaces para formar ATP y NADH

◦ En todo el proceso intervienen enzimas y coenzimas derivadosde las vitaminas

◦ La regulación se produce de tal forma que la presencia deGlucosa o de ATP inhiben el proceso y la presencia de AMP loactiva


FOSFORILACIÓN A NIVEL DE SUSTRATO


Las dos moléculas de ácido pirúvico obtenidas en glucolisis setransportan a través de la doble membrana mitocondrial. Antes deingresar en el ciclo de Krebs se produce una primeraDESCARBOXILACIÓN OXIDATIVA en la matriz mitocondrial por parte dela Piruvatodeshidrogenasa para obtener 2 Acetil-coA y 2 NADH, en elproceso se forman las dos primeras moléculas de dióxido de carbono

CoA-S-C

O

CH3

CO

CH3

CO

OH

2NADH2NAD+

2CoA-SH 2CO2

22

2 ÁCIDO PIRÚVICO 2 ACETILCoA

CICLO DE KREBS

Piruvatodeshidrogenasa


ACETIL COENZIMA A


Una vez formado el acetil-coA (el coA es un coenzimatransportador de grupos acetil: CH3COOH y acil: R-COOH) seráeste compuesto el que entre en la ruta metabólica cíclica quetiene lugar en la matriz mitocondrial también y que consiste enoxidar completamente el acetil-coA para obtener por cada unade estas moléculas: 3 NADH, 1 FADH2, 1GTP y 2 moléculas dedióxido de carbono

Ciclo de Krebs (o del ácido cítrico o de los ácidos tricarboxílicos)


ACETILCoA

FAD

2CO2

3NADH

3NAD+

FADH2

GDP

GTP

CICLO DE KREBS


◦ Primero se produce la unión de una molécula de 2 átomos de C(acetil-coA) con otra de 4 átomos de C (OAA) para formar una de6 átomos de C (citrato)(por eso también se le llama el cíclo delácido cítrico)

◦ Después se producen una serie de isomerizaciones yreordenaciones de los enlaces para oxidar y descarboxilar lamolécula

◦ Para que se produzca la degradación completa de una moléculade glucosa el proceso se tiene que repetir 2 veces

◦ Al ciclo de Krebs convergen otras rutas metabólicas procedentesdel metabolismo de lípidos y de proteínas (por eso se puedenutilizar también estos compuestos como nutrientes energéticos)


POLISACÁRIDOS MONOSACÁRIDOS

GLUCOSA

ÁCIDO PIRÚVICO

ACETILCoA

CICLO DE KREBS

CO2

PROTEÍNAS

AMINOÁCIDOS

AMINOÁCIDOS

LÍPIDOS

ÁCIDOS GRASOS

GLICERINA

VÍAS METABÓLICAS QUE INTERVIENEN EN LA RESPIRACIÓN


Cadena de transporte de electrones respiratoria

Tiene como finalidad oxidar las moléculas que han sido reducidas enlas dos rutas anteriores: NADH+H+ y FADH2

Se lleva a cabo en la membrana interna mitocondrial, pero existenbacterias que también la poseen: en los mesosomas

Consiste en una serie de compuestos que se reducen y se oxidan detal manera que hay compuestos que sólo transportan electrones (loscitocromos) y otros que transportan tanto electrones comohidrogeniones (el complejo NADH deshidrogenasa o reductasa y elcomplejo coQ reductasa o ubiquinona)

El transporte se produce ya que estas proteínas se encuentransituadas en la membrana en orden de mayor a menor potencialredox (tendencia a ceder electrones)


En cada paso se genera energía que puede ser aprovechadapara sintetizar ATP (se trata de un proceso cuesta abajo). Lasíntesis de ATP se produce según el modelo de Mitchell ohipótesis quimiosmótica, según la cual la energía se invierte enbombear H+ al espacio intermembrana generando un gradienteelectroquímico que es usado posteriormente por la ATP-sintetasapara sintetizar ATP por un proceso de fosforilación oxidativa. Estaproteína es un canal que permite el paso de H+ a favor degradiente la energía liberada por el movimiento de estos H+ seacopla a la síntesis de ATP de forma similar a una centralenergética

Se bombean H+ en tres puntos la NADH deshidrogenasa, lacitocromo C reductasa y la citocromo C oxidasa. Con lacantidad bombeada en cada uno se genera 1 ATP por eso porcada NADH + H+ se forman 3 ATP y por cada FADH2, 2 ATP


NADH+H+

NAD+

NADH-Q REDUCTASA

UQ

CIT.C REDUCTASA

CIT.C

CIT.C OXIDASA

O2

H2O

OXIDADO

REDUCIDO

REDUCIDO

REDUCIDO

REDUCIDO

REDUCIDO

OXIDADO

OXIDADO

OXIDADO

OXIDADO

E (VOLTIOS)

-

+(menor potencial redox)

nH+

nH+

nH+

FADH2

FAD+


RENDIMIENTO ENERGÉTICO RESPIRACIÓN(1 MOLÉCULA GLUCOSA)

A partir de una molécula de glucosa se obtienen 38 ATP. El rendimiento de la oxidación completa de la glucosa es de aproximadamente 4,2 kcal/g

GLUCOLISIS 2 ATP 2 NADH + H+

DESCARBOXILACIÓN OXIDATIVA 2 NADH + H+

CICLO DE KREBS 2 GTP 6 NADH + H+ 2 FADH2

TOTAL 4 ATP 10 NADH +H+ 2 FADH2

CADENA RESPIRATORIA 34 ATP 10*3= 30 ATP 2*2= 4 ATP

TOTAL 38 ATP


2 ATP

GLUCOSA

2 ÁCIDOS PIRÚVICOS

2NADH

GLUCOLISIS

6NADH

2FADH2

2GTP

4CO2

NADHFADH2

NADFAD

H+

H+

ADP + Pi

ATP

Membrana interna mitocondrial

Membrana externa mitocondrial

Citoplasma

CICLO DE KREBS CADENA DE

TRANSPORTE DE ELECTRONES

RESPIRATORIA

Matriz

2 ACETILCoA

2NADH2CO2½ O2 + H+

H2O

Transporte de electrones


ALCOHOL Y CATABOLISMO

CH3 CH2 OH CH3 CH

O

CH3 C

O

OHC

O

OOH2+

ETANOL

Oxidación Oxidación Oxidación

ACETALDEHÍDO ÁCIDO ACÉTICO

NADH+H+

Inhibe GLUCOLISIS

Inhibe CICLO DE KREBS

No se oxidan azúcares y se transforman en grasas

A partir de 1g de alcohol seobtienen aproximadamente7kcal (a partir de 1g de azúcarunas 4,2kcal)


Catabolismo de lípidos

Las grasas tienen un alto valor calórico, en animalesconstituyen la reserva energética a largo plazo: a partir de 1gde grasa se obtienen unas 9,5Kcal

Los triglicéridos de la dieta o de la reserva adiposa se hidrolizanmediante lipasas específicas en el hígado o en el intestinodelgado, también se pueden utilizar los fosfolípidos (queademás de glicerina y 2 a. grasos liberan el alcohol de cadenalarga y un grupo fosfato)

La principal fuente energética son los ácidos grasos que antesde entrar en los procesos respiratorios deben sufrir una serie dereacciones químicas catabólicas para obtener acetil-coA


b-Oxidación

Los ácidos grasos entran en la mitocondria y en la matriz sufren una serie dereacciones oxidativas, b es el tercer C de la cadena (el primer C es elcarboxilo)

C

O

OH C

O

S-CoA

ATPAMP

2CoA-SH

C

O

S-CoA

CH C

O

S-CoA

OH

C C

O

S-CoA

O

S-CoA

O

A.GRASO C8 ACILCoA C8

ACILCoAb insaturado C8

HIDROXIACILCoA C8

CETOACILCoA C8ACETILCoA C2

ACILCoA C6

FAD

FADH2

H2O

NAD+

NADH

ACETILCoA C2

ACETILCoA C2ACETILCoA C2CICLO DE KREBS

Cb

O

S-CoA


Los ácidos grasos insaturados llevan a cabo la misma ruta salvocuando se alcanza la zona de la insaturación, momento en elque se precisa de una isomerasa que lo cambia de sitio paratransformarlo en un Acil-coAbinsaturado, si además espoliinsaturado necesita de una epimerasa. En cualquier caso elrendimiento es algo menor ya que en cada insaturación no sereduce el FAD ya que no es necesario el primer paso oxidativo


Conexión con los procesos de respiración

La glicerina de los triglicéridos se transforma enzimáticamenteen DHA y entra en respiración en la glucolisis

Los ácidos grasos van a ser transformados en Acetil-coAmediante la b-oxidación. Los acetil-coA obtenidos entrarán enrespiración en el ciclo de Krebs

Los grupos fosfato se excretan, se emplean para sintetizar ATP opara llevar a cabo otro tipo de fosforilaciones

Los alcoholes de cadena larga pueden modificarse paraentrar en respiración en la glucolisis o reutilizarse para biosíntesis


RENDIMIENTO ENERGÉTICO RESPIRACIÓN (1 MOLÉCULA ÁCIDO PALMÍTICO 16C)

b OXIDACIÓN (7 vueltas)=8 Acetil coA

-2 ATP(el ATP pasa a

AMP)

7 NADH + H+ 7 FADH2

CICLO DE KREBS 8 GTP 8*3= 24 NADH + H+ 8 FADH2

TOTAL 6 ATP 31 NADH +H+ 15 FADH2

CADENA RESPIRATORIA 123 ATP 31*3= 93 ATP 15*2= 30 ATP

TOTAL 129 ATP


A partir de un triglicérido esterificado con 3 ácidospalmíticos se obtendrá:

◦ De los 3 á. palmíticos 129*3 = 387 ATP

◦ De la glicerina se obtiene◦ en glucolisis 1 NADH y 2 ATP= 5ATP◦ en la descarboxilación oxidativa 1 NADH= 3 ATP◦ en el ciclo de Krebs 3 NADH, 1 FADH2 y 1 GTP= 12

ATP

◦ en total= 20+387 = 407 ATP


ALVEÓLO PULMONAR


MITOCONDRIA


FERMENTACIÓNLa fermentación es un tipo de reacción catabólica en la que sereduce un compuesto orgánico (en la respiración es inorgánico) queconstituye el aceptor final de los electrones

En fermentación no interviene la cadena de transporte de electronesrespiratoria, es un proceso anaerobio

La síntesis de ATP se produce no por fosforilación oxidativa medianteATP sintetasas, sino por fosforilación a nivel de sustrato

Suponen una menor rentabilidad energética a partir de una glucosaque se cataboliza por fermentación permite obtener sólo 2 ATP (frentea los 38 de la respiración)

Sirven para regenerar NADH reducido en las primeras fases de laglucolisis

Se trata de reacciones propias de bacterias y levaduras (fermentaciónalcohólica y láctica) aunque también se produce en las célulasmusculares en condiciones anaerobias (en este caso sólo se producela fermentación láctica; en cualquier caso la acumulación de lactatoen las células musculares no es la causa de las agujetas)


Fermentación alcohólica

La llevan a cabo sobre todo levaduras del género Sacharomycesun hongo unicelular anaerobio facultativo: en presencia deoxígeno realiza la respiración y en ausencia de oxígeno fermenta.Se emplea en la elaboración de la cerveza: a partir de lafermentación de malta (semillas germinadas) de cebada + lúpulo(una planta trepadora que le da a la cerveza su sabor amargo),whisky (por destilación de fermentado de la cebada malteada),ron (por destilación de fermentado de caña de azúcar), vino(fermentación de la uva), sidra (fermentación de la manzana) o elpan (fermentación de la harina de trigo; en este caso el alcoholque se produce se evapora durante el proceso de cocción dandoa la miga su aspecto esponjoso)


OH

O

H OH

OH H

H OH

H OH

CO

CH3

CO

OH

HC

O

CH3

H3C CH2OH

2

2

2

2NAD+ 2NADH

2 ADP 2 ATP

GLUCOSA

ÁCIDO PIRÚVICO

ETANOL ACETALDEHÍDO

GLUCOLISIS

FERMENTACIÓN ALCOHÓLICA

2 CO2

RENDIMIENTO ENERGÉTICO

Piruvato descarboxilasa

Alcohol deshidrogenasa


Fermentación láctica

La llevan a cabo bacterias sobre todo del género Lactobacillus quese emplean en la elaboración del yogur, el queso o el quéfir: a partirde la fermentación del azúcar de la leche: la lactosa. En el caso delqueso la leche debe estar previamente cuajada para separar elsuero de la leche del resto de sus componentes y a veces se añadealgún tipo de moho (Penicillium en el caso del roquefort). El quéfir seelabora normalmente a partir del leche por fermentacióncombinada de una bacteria y una levadura, el producto resultantees similar a un yogur con una ligera graduación alcohólica (se leatribuyen infinidad de aplicaciones terapeúticas sin respaldoempírico ninguno, lo cierto es que se trata de un alimento que aligual que el yogur mejora las defensas intestinales: aumenta la floramicrobiana intestinal)


OH

O

H OH

OH H

H OH

H OH

CO

CH3

CO

OH

2

2

2

2NAD+ 2NADH

2 ADP 2 ATP

GLUCOSA

ÁCIDO PIRÚVICO

ÁCIDO LÁCTICO

GLUCOLISIS

FERMENTACIÓN LÁCTICA

RENDIMIENTO ENERGÉTICO

CO

CH3

CO

OH

ÁCIDO PIRÚVICO

OH

CH3

CO

OH

Lactato deshidrogenasa


SACHAROMYCES


TEJIDO MUSCULAR ESQUELÉTICO


ANABOLISMO

◦ CONCEPTO◦ TIPOS◦ ANABOLISMO AUTÓTROFO

◦ FOTOSÍNTESIS OXIGÉNICA O VEGETAL◦ FASE LUMINOSA◦ FASE OSCURA◦ FACTORES

◦ QUIMIOSÍNTESIS*◦ FASES◦ TIPOS DE BACTERIAS QUIMIOSINTÉTICAS

◦ FIJACIÓN DE N2 ATMOSFÉRICO*

◦ ANABOLISMO HETERÓTROFO*◦ GLÚCIDOS*◦ LÍPIDOS*◦ PROTEÍNAS*◦ A. NUCLEICOS*


O

OHH

HH

OHOH

H OH

H

H2C OH

GLUCOLISIS

FERMENTACIÓNSIN O2

RESPIRACIÓN CELULAR

CON O2

38 ATP 2 ATP

FOTOSÍNTESIS


ANABOLISMO

Definición

Conjunto de reacciones químicas del metabolismo de síntesis decompuestos químicos complejos, a partir de moléculas sencillasmediante reacciones químicas de reducción en las que serequiere energía en forma de ATP

Tipos

A partir de moléculas inorgánicas H2O, CO2, NO3-… : AUTÓTROFO

A partir de moléculas orgánicas precursores de biomoléculas demayor tamaño y complejidad: monosacáridos, aa, a. grasos,nucleótidos … : HETERÓTROFO


ANABOLISMO AUTÓTROFO

Si la fuente de energía es luminosa se lleva a cabo porFOTOSÍNTESIS (Plantas, algas, cianobacterias y bacteriasfotosintéticas)

Si la fuente de energía es la que se obtiene a partir deotras reacciones químicas redox se lleva a cabo porQUIMIOSÍNTESIS (Bacterias quimioautótrofas)

Los seres vivos autótrofos son los productores, la base detodas las cadenas tróficas, permiten la puesta en marchade todos los ciclos biogeoquímicos


FOTOSÍNTESIS

La fotosíntesis se define como un conjunto de reaccionesmetabólicas que se dan en organismos fotoautótrofos, en losque se transforma energía luminosa en energía química;generando materia orgánica a partir de materia inorgánica

Materia inorgánica

(CO2, H20, NO3-…)

Materia orgánica

Biosíntesis de materia orgánica propia: producción de Biomasa para las cadenas tróficas

Respiración para obtener ATP, liberando CO2 y H2O

Energía solar y e-


LuzH2O

CO2

NADPH

NADP+

ATP

ADP

+ Pi

Cloroplasto

Fase luminosa

Fase oscura

O2 CnH2nOn


Estructuras fotosintéticas

Tilacoide en lamela

Tilacoide en grana

Cloroplasto

Corte transversal de la hoja


E SOLAR

e- + H+

FOTOSÍNTESIS OXIGÉNICA

O2

H2O

Existen dos tipos:

(plantas, algas y cianobacterias) El dador de e- es el H2O que serompe para formar O2


E SOLAR

e- + H+

FOTOSÍNTESIS ANOXIGÉNICA

S

H2S

(bacterias púrpura y verdes del azufre) El dador de e- es el H2S, no seforma O2


Fotosíntesis oxigénica o vegetal

Conjunto de reacciones químicas de síntesis de glucosa a partir deCO2 y H2O utilizando para ello la energía solar, en este proceso sedesprende O2

Este proceso tiene una serie de implicaciones biológicas muyimportantes, ya que constituye el origen de toda la materia orgánicadel planeta (productores), ha permitido la enorme diversidad devida actual (origen de las células eucariotas) y es la causa de laaparición del O2 en la atmósfera (la atmósfera de la tierra primitivacarecía de oxígeno)

Se lleva a cabo en el cloroplasto de las células eucariotas, en dosfases: la fase luminosa y la fase oscura

6CO2 + 6H2O C6H12O6 + 6O2e-

Energía solar


Fase luminosa

Requiere la presencia de luz directa

De la misma forma que la energía luminosa es capaz de generarenergía eléctrica por el fenómeno fotoeléctrico (algunos metalesemiten e- al incidir sobre ellos un haz de luz de una determinadalongitud de onda); la energía luminosa hace que los e- de laclorofila se emitan, generando energía que se puede desprenderen forma de calor, emitir como fluorescencia o utilizarse parallevar a cabo reacciones químicas

La fase luminosa consiste en absorber energía luminosa por partede la clorofila y otros pigmentos fotosintéticos. Un pigmento es unasustancia coloreada ya que absorbe luz de una determinadalongitud de onda


NADPH + H+

NADP

H+

H+

ADP + Pi

ATP

Membrana tilacoidal EstromaTilacoide

H+

½ O2 + H+

H2O

Corriente de electrones

La energía luminosa absorbida setransfiere a un e- y estodesencadena una serie dereacciones químicas que concluyenen la síntesis de NADPH (poderreductor) y ATP (energía química)

Durante el proceso además serompe una molécula de H2Ooriginando O2

Tiene lugar en la membrana deltilacoide, de forma muy similar a lacadena de transporte de e-respiratoria. Ya que hay una cadenade transporte de e- fotosintética y enel proceso además intervienen ATPsintetasas (con una partícula CF0 enla membrana y una partícula CF1que sobresale hacia el estroma)


Los pigmentos fotosintéticos se encuentran englobados enunas proteínas de membrana denominadas FOTOSISTEMASformados por:

◦ Pigmentos antena: que sólo transmiten energía luminosa aotros pigmentos

◦ Centro de reacción: con los pigmentos diana, los primeros quese excitan para ceder los e- al primer aceptor

Existen dos fotosistemas:

◦ PSI: contiene la clorofila p700 (l absorbida) o aI

◦ PSII: contiene la clorofila p680 o aII


β-carotenoClorofila A


Antena

Transferencia de energía

Centro de reacción

Fotón

Moléculas de pigmento diana

Aceptor de electrones


FOTOSISTEMA I


FOTOSISTEMA II


Fotosistema I

Fotosistema II

ATP-sintetasa

Cadena de transporte de electrones


H2O

1/2O2+ 2H+

Pheo

PQ

CIT bf

PC

OXIDADO

REDUCIDO

REDUCIDO

REDUCIDO

REDUCIDO

REDUCIDO

OXIDADO

OXIDADO

OXIDADO

OXIDADO

E (VOLTIOS)

-


nH+P680

P680*

2 hg

P700

ESTROMA

INTERIOR DEL TILACOIDE

FOTOSISTEMA II

FOTOSISTEMA I

OXIDADOOXIDADO

REDUCIDOREDUCIDO

Z

Z es el dador primario yPheo el aceptor primariode e- en el PSI


Ao

Fd

Fd NADPReductasa

OXIDADO

REDUCIDO

REDUCIDO

REDUCIDO

REDUCIDO

NADPH

OXIDADO

OXIDADO

OXIDADO

NADP+

E (VOLTIOS)

-


P700

P700*

2 hg

PC

ESTROMA

INTERIOR DEL TILACOIDE

FOTOSISTEMA I

REDUCIDO

OXIDADO

PC es el dador primario yAo el aceptor primario dee- en el PSII


Como consecuencia se genera un gradiente de H+ que se almacenanen el interior del tilacoide y que pueden ser utilizados para sintetizarATP por fosforilación oxidativa


El balance energético de la fase luminosa es muy bajo porcada molécula de agua se genera 1 NADPH y 1 ATP(realmente cada 3H+ generan 1 ATP por lo que en realidadse forma 1,3 ATP). Esto se compensa mediante una variantede la fase luminosa denominada fase luminosa cíclica en laque sólo interviene el PSI

Se lleva a cabo sin fotolisis del agua y sin que se formeNADPH, sólo se bombean H+ para sintetizar el ATP necesariopara la fase oscura


Fase oscura

No requiere energía luminosa directamente, ni clorofila,aunque si necesita los productos obtenidos en la faseluminosa

En esta fase se usa el ATP y el NADPH de la fase luminosapara sintetizar materia orgánica a partir de materiainorgánica (CO2, nitratos, nitritos, sulfatos …)

La síntesis de compuestos de C se lleva a cabo medianteel ciclo de Calvin que tiene lugar en el estroma delcloroplasto


FOTOFOSFORILACIÓN

O2

H2O

NADPHNADP+ ADP ATP

CICLO DE CALVIN

CO2GLUCOSA

Fotones: hg


CICLO DE CALVIN

RIBULOSA 1,5-BISFOSFATO(C5)

2 3-FOSFOGLICERATO(2 C3)

2 1,3-BISFOSFOGLICERATO(2 C3)

2 GLICERALDEHÍDO 3-FOSFATO(2 C3)RIBULOSA 5-FOSFATO(C5)

CO2

2NADPH

2NADP+

2ATP

2ADP

ATP

ADP

FRUCTOSA 6-FOSFATO(C1)

Ribulosa 1,5-bisfosfato carboxilasa RUBISCO

Para formar una molécula de glucosa se requieren 6 vueltas al ciclo de Calvin

6CO2 + (18ATP + 12NADPH) + 12H2O C6H12O6 + 6O2 + (18ADP + 18Pi + 12NADP+) + 6H2O


Se produce la fijación del CO2 atmosférico sobre una molécula de 5átomos de C: la Ribulosa 1,5 bisfosfato mediante un enzima RUBISCO(ribulosa 1,5-bisfosfato carboxilasa) (es la enzima más abundante delplaneta que rompe la molécula resultante en dos moléculas de 3átomos de C que se van a transformar mediante una serie dereacciones de reducción que requieren energía en forma de ATP en 2GA 3-fosfato

Los GA 3-fosfato que se forman en el ciclo de Calvin se emplean:◦ para regenerar la ribulosa 1,5-bisfosfato en una serie de reacciones

químicas cíclicas que requieren energía en forma de ATP◦ para la biosíntesis

◦ en el estroma de almidón, ácidos grasos y aminoácidos◦ en el citosol de glucosa o fructosa

Para obtener una molécula de glucosa es necesario fijar 6 CO2 por loque se requieren 6 vueltas al ciclo de Calvin


Las plantas son capaces de sintetizar materia orgánicanitrogenada y con S o P a partir de las sales minerales que tomandel suelo. Estas sales son reducidas por enzimas específicas

La capacidad catalítica de RUBISCO disminuye en ambientescálidos y secos, en estas condiciones lleva a cabo un proceso defotorrespiración que hace aumentar la emisión de CO2, en estecaso el enzima fija además O2 a la ribulosa y así el compuesto de5 C se va a romper en un compuesto de 3 C, uno de 2 C y CO2.Así el proceso de fijación de C se vuelve mucho menos eficienteporque compiten ambas reacciones que son catalizadas por lamisma enzima

Las plantas tropicales y muchas gramíneas resuelven el problemade la fotorrespiración concentrando el CO2 en las células quellevan a cabo la fotosíntesis en las hojas, mediante una serie decompuestos de 4 C que se encargan de su transporte; por eso seconoce como la ruta C4


BALANCE ENERGÉTICO FOTOSÍNTESIS OXIGÉNICA(1 MOLÉCULA GLUCOSA )

6 VUELTAS CICLO DE CALVIN -18 ATP -12 NADPH

FOTOLISIS 12H20 FASE LUMINOSA ACÍCLICA

1.33ATP*12=15.96ATP 12 NADPH

TOTAL -2,04 ATP 0

FASE LUMINOSA CÍCLICA 3 ATP

Teóricamente se necesitarían al menos 48 fotones (4 fotones por cada molécula de agua) para sintetizar una molécula de glucosa, pero en realidad se necesitan unas 4 veces más por lo que el rendimiento de la fotosíntesis suele estar comprendido entre un 25 % y un 30%


Factores que afectan a la fotosíntesis◦ Temperatura: Afecta a la actividad enzimática; en general cuanto mayor es la

temperatura, mayor rendimiento fotosintético; depende de las especies

◦ Concentración de CO2: En general cuanto mayor es la concentración de CO2 mayorrendimiento fotosintético, hasta que se alcanza la saturación enzimática

◦ Concentración de O2: Cuanto mayor es la concentración de O2 menor es el rendimientofotosintético

◦ Intensidad luminosa: En general cuanto mayor es la intensidad luminosa, mayor rendimientofotosintético; depende de las especies las hay de solana y de umbría y en general las C4presentan un mayor rendimiento que las C3

◦ Escasez de agua: Si el agua es escasa disminuye el rendimiento fotosintético, se cierran losestomas y disminuye la concentración de CO2, aumentando los procesos defotorrespiración. Las C4 presentan un mayor rendimiento que las C3 en estas condiciones

◦ Tiempo de iluminación: depende mucho de las especies

◦ Color de la luz: depende mucho de las especies y de la proporción de los distintospigmentos


Intensidad luminosa

Concentración de CO2

Temperatura

Concentración de O2


ESTOMA


CLOROPLASTO


CYANOBACTERIAS

SYNECHOCYSTIS

ANABAENA

PROCHLORON


QUIMIOSÍNTESIS

La quimiosíntesis se define como un conjunto dereacciones metabólicas que se dan en organismosquimioautótrofos, en los que se genera materia orgánica apartir de materia inorgánica (CO2), sin utilizar energíaluminosa sino energía química procedente de otrasreacciones químicas redox

La llevan a cabo los organismos quimioautótrofos oquimiolitotrofos: bacterias descomponedoras que cierranlos ciclos biogeoquímicos


QUIMIOSÍNTESIS

E

e- + H+

Molécula inorgánica reducida: NH3, H2S, Fe 2+

Molécula inorgánica oxidada: NO3

-, SO4

2- , Fe 3+,


BACTERIAS INCOLORAS DEL AZUFRE

BACTERIAS DEL NITRÓGENO

BACTERIAS DEL HIERRO

BACTERIAS DEL HIDRÓGENO


Se lleva a cabo en dos fases

◦ 1ª fase de oxidación de materia inorgánica procedente de ladescomposición de la materia orgánica para sintetizar ATPmediante fosforilación oxidativa (mediante una cadena detransporte de e- quimiosintética). Parte de este ATP se empleaen sintetizar NADH mediante transporte inverso de e-

◦ 2ª fase de fijación de CO2 mediante el ciclo de Calvin. Deforma similar a las plantas estas bacterias son capaces de fijarC, N, S … Algunas son capaces de fijar directamente N2atmosférico


Tipos de bacterias quimiosintéticas

Se clasifican según el compuesto químico que oxidan

◦ BACTERIAS INCOLORAS DEL S: Oxidan S o compuestos del S como H2S sonaerobias; utilizan O2 para formar sulfatos (SO4

2-)

◦ BACTERIAS DEL N: Oxidan compuestos reducidos del N procedentes de ladescomposición de los seres vivos o de sus excrementos

NITROSIFICANTES: Transforman amoniaco (NH3) en nitritos (NO2-)

NITRIFICANTES: Transforman nitritos (NO2-) en nitratos (NO3

-)

◦ BACTERIAS DEL Fe: Transforman compuestos ferrosos (Fe2+) en férricos (Fe3+)

◦ BACTERIAS DEL H: Son quimioautótrofas facultativas y pueden usar el H2 paraformar H2O


BACTERIAS QUIMIOSINTÉTICAS

NITROSOMONAS (N)

THIOMICROSPIRA (S)

GALLIONELLA (Fe)


ALIMENTACIÓN

+ glucolisis

+ síntesis de glucógeno

+ síntesis de lípidos

+ síntesis de proteínas

AYUNO:

+ glucogenolisis

+ gluconeogénesis

+ cetogénesis

+ proteolisis

Estado postabsortivo

Realimentación

INTEGRACIÓN DEL METABOLISMO


Gluconeogénesis

Glu

có

lisis

Glu

co

neo

gé

ne

sis


La FAO calcula que existen 799 millones de personas que pasan hambre en los países en desarrollo

todos los días mueren 25000 personas de hambre y de pobreza


Según la OMS más de mil millones de personas adultas tienen problemas de sobrepeso y de ellas más de 300 millones son obesas


En la actual sociedad de consumo los patrones de belleza determinan las pautas de conducta


La anorexia nerviosa afecta principalmente a mujeres jóvenes (aunque cada vez hay más hombres afectados) y tiene una incidencia aproximada de cuatro de cada mil personas en los países desarrollados de las que al menos una morirá por esta causa (de inanición)


Quízás, algún día, se ponga de moda la inteligencia…

Wangari Maathai (1940-2011), fue madre de tres hijos, doctora enBiología (fue la primera mujer de África Occidental que consiguióun doctorado), profesora de Anatomía Veterinaria en laUniversidad de Nairobi y la primera decana de su facultad,ecologista, fundadora del movimiento Cinturón Verde:organización que pretende promover el desarrollo social y laerradiación de la pobreza plantando árboles. Viceministra deMedio Ambiente keniana… Premio Nobel de la Paz en 2004


RITA LEVI MONTALCINI

Nació en Turín, Italia en 1909, falleció en Roma en 2012. Licenciada enMedicina y doctora en Neurocirugía. Tuvo que abandonar sus estudiosuniversitarios por las leyes fascistas contra los judíos. Emigro a EEUU y allídesarrolló su trabajo. Descubrió el factor de crecimiento neurotrófico quepermite reproducirse a las células del S. Nervioso y por ello recibió elPremio Nobel de Medicina en el año 1986 que compartió con StanleyCohen

17. catabolismo y anabolismo.ppt [modo de compatibilidad] · d Ð w ] o ' _ d µ p u / ^ w zyh...

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