Ud.11. anabolismo

Biología. 2º bachilleratoUnidad 11. Metabolismo II. Anabolismo

C.E.M HIPATIA-FUHEMMiguel Ángel Madrid

11 El anabolismo



1. Anabolismo

ANABOLISMO AUTÓTROFO

ANABOLISMO HETERÓTROFO

ANABOLISMO FOTOSINTÉTICOPlantas, algas, cianobacterias y

bacterias fotosintéticas

ANABOLISMO QUIMIOSINTETÍCOBacterias quimiosintéticas

(nitrobacterias o las bacterias metanógenas)

Transformación de moléculas orgánicas sencillas en otras de mayor complejidad (almidón, grasas, proteínas…) .Común a los organismos autótrofos y heterótrofos

Paso de moléculas inorgánicas,a moléculas orgánicas sencillas.Obtienen el carbono para sintetizar las moléculas del CO2 atmosférico. El hidrógeno lo consigue, generalmente, del agua. El oxígeno lo proporciona el CO2. El nitrógeno se logra del suelo, excepto algunos organismos que son capaces de fijarlo…

Ej: GLUCOGENOGÉNESIS





Envés

Intercambio de gases

Estomas

CO2

O2



Luz solarCloroplasto

Estoma

Fotosíntesis

Savia bruta Savia elaborada

Materia orgánica

O2

Sales minerales

CO2

O2

CO2 H2O



Reacciones anabólicas

Metabolismo y respiración celular en plantas

DÍA

NOCHE

Fotosíntesis

Respiración celular

Reacciones catabólicas

Energía

O2

CO2H2O

1

2

1

2

O2

Nutrientes orgánicos

Nutrientes inorgánicos

Nutrientes orgánicos sencillos

Almidón, celulosa, enzimas, etc.

LA NUTRICIÓN DE LAS PLANTAS





2. Concepto de fotosíntesis

Conversión de energía luminosa

procedente del Sol en energía química (ATP),

que queda almacenada en moléculas

orgánicas.

Cianobacterias

Este proceso es posible gracias a los

pigmentos fotosintéticos (capaces

de captar la energía luminosa y

utilizarla para activar alguno de

los electrones y transferirlos a

otros átomos)

¿Cómo se recuperan esos electrones?



2. Concepto de fotosíntesis

FOTOSÍNTESIS ANOXIGÉNICA o BACTERIANA

FOTOSÍNTESIS OXIGÉNICA

CianobacteriasLa realizan las plantas, las algas y las cianobacterias

Los electrones se obtienen de

la fotólisis del aguaSe libera oxígeno a la atmósfera

Se descomponen moléculas de

Ácido sulfhídricoSe libera azufre

La realizan bacterias purpúreas y verdes del S (viven

en aguas sulfuradas)



Fases de la fotosíntesisFASE LUMÍNICA: Fase de absorción y conversión de la

energía lumínosa en energía química (ATP)

y poder reductor (NADPH) .

Ocurre: membrana de los tilacoides del cloroplasto..

FASE OSCURA: Fase de fijación de CO2 y

biosíntesis de fotoasimilados.

Ocurre: estroma del cloroplastos



6 CO2 + 12 H2O + Energía luminosa C6H12O6 + 6O2 + 6H2O

ECUACIÓN GLOBAL DE LA FOTOSÍNTESIS



Estructuras fotosintéticas

Tilacoide en lamela

Tilacoide en grana

Cloroplasto

Corte transversal de la hoja







IMPORTANCIA DE LA FOTOSÍNTESIS

• Las plantas elaboran materia orgánica a partir de inorgánica.• Primer eslabón de la cadena trófica de los ecosistemas

(mantiene los ciclos biogeoquímicos). PRODUCTORES• La E luminosa no puede ser utilizada por los seres vivos. La

energía química sí. Origina el flujo de energía en los ecosistemas.

• Liberación de oxigeno, imprescindible para la vida.

• Fijación de CO2 (reducción efecto invernadero)



Pigmentos fotosintéticos

β-carotenoClorofila A



ESTRUCTURA DE LA CLOROFILA

Anillo de porfirina

Cola de fitol

Su función es absorber la luz

Mantiene la clorofila integrada en la membrana fotosintética

Los dobles enlaces alternativos permiten la descolocación de los

electrones favoreciendo la pérdida de uno hacia

un aceptor.





Pigmentos fotosintéticos

Para que la energía de la luz pueda ser utilizada primero tiene que ser absorbida

¿Dónde localizamos a los pigmentos?



¿Cómo actúan los pigmentos?

Fotón

hν

1. Incide la luz (capta fotones y

pasan a un estado excitado)

2. Se lanza 1 electrón a un

estado excitado (nivel energético

superior).

El pigmento queda oxidado (con

defecto de electrones)

3. El electrón es captado por el

primer aceptor de electrones (se

reduce)

4. El dador repone el electrón perdido

por el pigmento



La radiación solar es solo una pequeña parte del amplio espectro de radiaciones electromagnéticas emitidas por el Sol. La luz se propaga en forma de fotones o cuantos de energía. Las sustancias

absorben parte de la luz que reciben y emiten otra parte, lo que se percibe como el color. Si absorben toda la luz son negros.

Menor longitud de onda

Más energéticas

Mayor longitud de onda

Menos energéticas

La luz que incide sobre una hoja se compone de una gran variedad de longitudes de onda, por lo que la presencia de pigmentos con diferente capacidad de absorción permite que un mayor porcentaje de

fotones pueda estimular la fotosíntesis.





Espectro de absorción de los pigmentos fotosintéticos

Clorofila b

Carotenoides Clorofila a



Fotosistemas

Centro de reacción

Complejo captador de luz.

Moléculas antena

Fotón

Estructura con numerosas moléculas de pigmentos

(clorofila a, b, carotenoides)

Atrapan fotones de diferente longitud de onda.

Contiene dos moléculas de clorofila a (pigmento diana) y los electrones que liberan

son enviados a la cadena de transporte electrónico.

Cuando una molécula se excita transfiere energía a las cercanas por un proceso de resonancia y así hasta el centro de reacción.

Fotosistema I (PSI)

Fotosistema II (PSII)

LocalizaciónAbsorción máxima del

centro de reacciónMembranas de

tilacoides no apilados

Grana

700 nm. 2 moléculas clorofila a P700

680 nm. 2 moléculas de clorofila a P680

Agrupación de pigmentos fotosintéticos junto a

proteínas transmembrana.



Fotosistemas

Centro de reacción

Complejo captador de luz.

Moléculas antena

Fotón

La transferencia de electrones deja los pigmentos con un electrón menos y pasan de estar excitados a oxidados Con carga neta positiva), denominándose P+680 y P+700; estos atraen electrones, iniciándose el flujo electrónico.

Primer aceptor

El primer aceptor cederá los electrones hacia la cadena de transporte

electrónico de la membrana tilacoidal.



Estructura interna de un fotosistema

Antena

Transferencia de energía

Centro de reacción

Fotón

Moléculas de pigmento diana

Aceptor de electrones





Localización de los fotosistemas I y II

VOLVER

Fotosistema I

Fotosistema II

ATP-sintetasa

Cadena de transporte de electrones



Visión general de la fotosíntesis

FASE LUMINOSA

FASE LUMINOSA ACÍCLICA (esquema Z)

FASE LUMINOSA CÍCLICA

FOTOSISTEMA I

FOTOFOSFORILACIÓN DEL ADP

ADP + Pi → ATP + H2O

FOTOSISTEMA I Y II

FOTÓLISIS DEL AGUA

FOTOFOSFORILACIÓN DEL ADP

FOTORREDUCCIÓN DEL NADP+

ADP + Pi → ATP + H2O

H2O → ½ O2 + 2H+ + 2e-

NADP+ + 2H+ + 2e- → NADPH + H+



Fase luminosa de la fotosíntesis: transporte de electrones

+0,8

+0,6

+0,4

+0,2

0

-0,2

-0,4

Feofitina

Feofitina QA

QA QB

QB Cit b6f

Cit b6f Pc

PcP680

PS IIFotones

Fotones

2e -

Ao

Ao A1

A1 Fx

Fx FA

FA FB

FB

Ferredoxina

Ferredoxina

P700

PS I

NADPH

NADP+

ATP

ADP + Pi

Luz

H2O

Fotólisis

2e -

2e -

Dirección del flujo de electrones





P700

PS I Fotones

2e -

Primer aceptor

Citocromo b-c

Plastocianina

2e -

2e -

2e -

Fosforilación cíclica



Fase luminosa de la fotosíntesis: fotofosforilación

Pc

H+H+

2 H+

H+

H+

OH -

OH -

OH -

OH -

P700

ATP

NADPH

P680

QA

LuzEstroma

Espacio tilacoidal

Fe

NADP+H+

H+

H+

QB

Cit b6f

Membrana tilacoidal

PS IIPS I

H+H2O

1/2 O2

ADP + PiH+

Luz

2e-



H2O + 4 fotones → ½ O2 + 2H+ + 2e-

2H2O + 8 fotones → O2 + 4H+ + 4e-




FASE LUMINOSA ACÍCLICA

VOLVER




FASE LUMINOSA

CÍCLICA

VOLVER



Fase oscura de la fotosíntesis (fase independiente de la luz)

En esta fase se utiliza la energía (ATP) y el NADPH obtenidos en la

fase luminosa para sintetizar materia orgánica a partir de sustancias

inorgánicas.




FASE OSCURA

RUBISCO

1. Fijación del CO2

2. Reducción del CO2 fijado



Etapas del ciclo de Calvin

6 GAP5 GAP

3 RuP

3 RuBP

3 CO26 PGA

6 BPG

6 GAP

Ribulosa fosfato

NADPH

NADP+

ATP

ADP + PiADP + Pi

ATP

CO2

1 GAP

Ribulosa bifosfato

Gliceraldehído -3-fosfato



1,3-bifosfoglicérico

3-fosfoglicérico

RUBISCO



Formación de dos moléculas de PGA

C

CH2OPO32 -

OH

HC

CH2OPO32 -

C

OH

O H+C

O

O-

C

CH2OPO32 -

OH

HC

CH2OPO32 -

C

OH

O

C

O

O- O

H

H

+

C

OH

CH2OPO32 -

C

OOH

H

CH2OPO32 -

HC OH

COOH

+

La condensación de la RuBP con CO2 y su escisión en dos moléculas de PGA sucede en el estroma.

Este proceso tiene lugar gracias a la intervención de la ribulosa bifosfato-carboxilasa o RUBISCO.

RuBP Intermediario

PGA




LuzH2O

CO2

NADPH

NADP+

ATP

ADP

+ Pi

Cloroplasto

Fase luminosa

Fase oscura

O2 CnH2nOn

18 ATP, 12 NADPH 48 fotones



0 10 20 30 40 500

20

40

60

80

100

Asi

mila

ción

de

CO

2 (

mol

/l)

Factores que condicionan el rendimiento fotosintético (I)

0 5 10 15 20 25 30

20018016014012010080

6040200

mm

3 d

e O

2/h

ora

Concentración de CO2 (mol/l)

123 lux

21,9 lux

6,31 lux

1,74 lux

0,407 lux

Intensidad de la luz (x104 erg/cm2/seg)

0,5% O2

20% O2

El aumento de CO2 incrementa

el rendimiento de la fotosíntesis.

El aumento de O2 disminuye la

eficacia de la fotosíntesis.



Inte

nsi

da

d f

oto

sin

tétic

a

Humedad

0 10 20 30 40 10 20 30 40

50

100

150

200

250

300

350

400

0

mm

3 d

e

O2/

ho

ra

Factores que condicionan el rendimiento fotosintético (II)

Temperatura (oC)

Al disminuir la humedad se produce una sensible

disminución de la fotosíntesis.

El rendimiento fotosintético aumenta con la temperatura hasta un punto máximo (Tª óptima de actividad enzimática).



500 7006004000

20

40

60

80

100

120

Inte

nsi

da

d f

oto

sin

tétic

aIntensidad luminosa

Factores que condicionan el rendimiento fotosintético (III)

Planta de sombra

Planta de sol

Longitud de onda (nm)Ta

sa r

ela

tiva

de

fo

tosí

nte

sis

La fotosíntesis es proporcional a la

intensidad de luz hasta un punto en el que su

rndimiento se estabiliza.

El tipo de luz: el rendimiento óptimo se

realiza con luz roja o azul.



Factores que influyen en la fotosíntesis

Intensidad luminosa

Concentración de CO2

Temperatura

Concentración de O2



La quimiosíntesis

BACTERIAS INCOLORAS DEL AZUFRE

BACTERIAS DEL NITRÓGENO

BACTERIAS DEL HIERRO

BACTERIAS DEL HIDRÓGENO



2 NH4 + 3 O2 2 NO2 + 4 H+ + 2 H2O

+ -

QuimiosíntesisQUIMIOSÍNTESIS DEL NITRÓGENO

QUIMIOSÍNTESIS DEL AZUFRE

QUIMIOSÍNTESIS DEL HIERRO

QUIMIOSÍNTESIS DEL HIDRÓGENO

2 NO2-

2 NO2 + O2 2 NO3- -

H2S + 2 O2 SO42- + 2 H+

HS - + O2 + H+ SO + H2O

2 SO + 2 HO2 + 3 O2 2 SO42- + 4 H+

S2O32- + H2O + 2 O2 SO4

2- + 2 H+

4 Fe2+ + 4H+ + O2 4 Fe3+ + 2 H2O

6 H2 + 2O2 + CO2 (CH2O) + 5 H2O

5 H2 + 2 HNO3 N2 + 6 H2O



Metabolismo en una célula eucariota



Gluconeogénesis

Glu

có

lis

is

Glu

co

ne

og

én

es

is



Síntesis de ácidos grasos



Síntesis de glicerina y triacilglicéridos

GLICERINA

TRIACILGLICÉRIDOS

VOLVER

Triacilglicérido CoAAcil-CoAGlicerol - 3-fosfato



Biosíntesis de aminoácidos no esenciales



Síntesis de nucleótidos

BASES PÚRICASAdenín-monofosfato

Guanosín-monofosfato

BASES PIRIMIDÍNICAS

Uridín-monofosfato

Citidín-monofosfato

Timidín-monofosfato

Ácido inosínico

Orotidín monofosfato

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