T13 – ANABOLISMO

T13. Anabolismo.

1 – Formas de nutrición de los organismos.

Cualquier organismo necesita para vivir:1. Una fuente de CARBONO (para construir el esqueleto de sus

biomoléculas). CO2 ambiental → AUTÓTROFOS. Moléculas orgánicas → HETERÓTROFOS.

2. Una fuente de HIDRÓGENO (e-) (para reducir moléculas). H2O, H2S → LITÓTROFOS. Moléculas más complejas → ORGANÓTROFOS.

3. Una fuente de ENERGÍA (para hacer posibles las reducciones). Luz → FOTÓTROFOS. Energía química → QUIMIÓTROFOS.

4. Un ACEPTOR FINAL DE ELECTRONES (para la liberación de energía). O2 → AEROBIOS. OTRA SUSTANCIA → ANAEROBIOS.

5- Un suministro de H2O y SALES MINERALES (N para construir proteínas).

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1 – Formas de nutrición de los organismos.

FOTOLITÓTROFOS(bacterias fotosintéticas del

azufre, vegetales con clorofila)

QUIMIOLITÓTROFOS(bacterias quimiosintéticas)

FOTOORGANÓTROFOS(bacterias purpúreas no

sulfurosas)

QUIMIOORGANÓTROFOS (otras bacterias, animales y

hongos)

FOTÓTROFOS(Luz)

QUIMIÓTROFOS(Energía química)

LITÓTROFOS(H2O, H2S)

ORGANÓTROFOS(Moléculas complejas)

AEROBIOS(Oxígeno)

ANAEROBIOS(Otras sustancias)

HETERÓTROFOS(Materia orgánica)

AUTÓTROFOS(CO2)

FUENTE DE ENERGÍA

FUENTE DE HIDRÓGENO

FUENTE DE CARBONO

ÚLTIMO ACEPTOR DE H (e-)

SUMINISTRO DE NITRÓGENO

Para fabricar proteínas

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2 – Fotosíntesis (I): Pigmentos y fotosistemas.

Nuestra vida en la Tierra depende de un proceso muy especial que tiene lugar en las algas y plantas verdes:

FOTOSÍNTESISFOTOSÍNTESIS.

VEGETALES

Principios inmediatos

CLO

RO

PLA

STO

S

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2 – Fotosíntesis (I): Pigmentos y fotosistemas.Pigmentos fotosintéticos.Pigmentos fotosintéticos.

Son moléculas que absorben luz y se sitúan en la membrana de los tilacoides formando los FOTOSISTEMAS (junto con proteínas específicas).

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2 – Fotosíntesis (I): Pigmentos y fotosistemas.

TIPOS DE PIGMENTOS:► CLOROFILA a, b y c.► CAROTENOIDES.• Cada pigmento incluye un cromóforo: grupo químico capaz de absorber una longitud de onda del espectro visible.• Cada pigmento capta la luz de determinada longitud de onda permitiendo un amplio rango de captación energética.• Cuanta mayor sea la variedad de pigmentos que tiene un cloroplasto, mayor eficiencia en la absorción de luz mostrará.

ESTRUCTURA DE LA CLOROFILA:• Anillo de porfirina: absorbe la luz, los e- forman una nube a su alrededor.• Cadena hidrófoba de fitol: mantiene la clorofila en la membrana fotosintética.

EXCITACIÓN DE PIGMENTOS:• Fotones → Pigmentos captan energía → excitación (cambio en la distribución de e-).• Pigmentos vuelven a su estado inicial → liberación de energía química + Q + fluorescencia. Excitación → 10-15 segundos. Liberación → 10-12

segundos.

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2 – Fotosíntesis (I): Pigmentos y fotosistemas.

La Radiación Fotosintéticamente ActivaPAR = 400-700 nm

• La energía de 1 fotón (= cuanto de luz) es mayor en el extremo VIOLETA que en el ROJO.• 1 mol de fotones = 1 Einstein = 6 ∙ 1023 fotones.• La energía de 1 Einstein = 170-300 kJ.• En el extremo del INFRARROJO o MICROONDAS la energía de 1 Einstein es demasiado pequeña.• En el extremo del ULTRAVIOLETA o RAYOS X 1 Einstein tiene tanta energía que puede dañar proteínas y ácidos nucleicos.

LAS PLANTAS UTILIZAN LA LUZ VISIBLE PARA HACER FOTOSÍNTESIS

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2 – Fotosíntesis (I): Pigmentos y fotosistemas.

SON: conjunto de pigmentos fotosintéticos (≈300) + proteínas específicas.

Actúan a modo de ANTENA para atrapar fotones de diferente longitud de onda.

¿Cómo captan los fotones?

Un pigmento se excita al captar un fotón. La energía “rebota” sobre pigmentos cercanos.

(patata caliente entre las manos). Finalmente llega a moléculas especiales de Clorofila

a → CENTRO DE REACCIÓN.

Fotosistemas.Fotosistemas.

¿Por qué son especiales estas moléculas de Clorofila a del CENTRO DE REACCIÓN?

Cuando absorben la energía, se oxidan.

transfieren e- a un Aceptor Primario de Electrones

Inicio de la Cadena de Transporte de Electrones

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2 – Fotosíntesis (I): Pigmentos y fotosistemas.

TIPOS DE FOTOSISTEMAS: Fotosistema I (PS I):

En membranas de tilacoides no apilados en contacto con el estroma. Centro Reacción: 2 clorofilas a P700 (máxima absorción a 700 nm de

λ). Fotosistema II (PS II):

En los grana. Centro Reacción: 2 clorofilas a P680 (máxima absorción a 680 nm de

λ).

T13. Anabolismo.

2 – Fotosíntesis (I): Pigmentos y fotosistemas.

Fotosíntesis.Fotosíntesis.

FASE LUMÍNICA

FASE OSCURA

• Conjunto de reacciones dependientes de luz.• LUGAR: membranas tilacoides.• OBJETIVOS:

• Los e- liberados en los fotosistemas se utilizan para NADP- → NADPH.• Cadenas Transportadoras de e- → Energía → síntesis ATP (FOTOFOSFORILACIÓN).

• Conjunto de reacciones Independientes de luz.• LUGAR: estroma.• OBJETIVO:

• Se aprovecha la ENERGÍA y PODER REDUCTOR para obtener biomoléculas (FIJACIÓN DEL CARBONO).

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3 – Fotosíntesis (II): Fase lumínica.

H2O (raíz)

Fotólisis del H2O

2H+

2e-2e- O

Base de la vida AEROBIA del planeta

Base de la vida AEROBIA del planeta

3 – Fotosíntesis (II): Fase lumínica. FASES:FASES: Una vez que los fotones de la luz excitan los dos fotosistemas y producen la Una vez que los fotones de la luz excitan los dos fotosistemas y producen la

fotólisis del Hfotólisis del H22O:O:

Los 2 eLos 2 e-- del H del H22O son recogidos por el PSII.O son recogidos por el PSII. 2 e2 e-- excitados salen del PSII y son captados por la excitados salen del PSII y son captados por la FEOFITINAFEOFITINA.. Los eLos e-- pasan a varias moléculas de pasan a varias moléculas de PLASTOQUINONAPLASTOQUINONA y de ahí al y de ahí al

CITOCROMO b6f.CITOCROMO b6f. Simultáneamente otros 2 eSimultáneamente otros 2 e-- han salido del PSI y han sido captados por la han salido del PSI y han sido captados por la

FITOQUINONA A0FITOQUINONA A0.. Los 2 eLos 2 e-- captados por la feofitina se desplazan hasta el PSI reemplazando captados por la feofitina se desplazan hasta el PSI reemplazando

los e- perdidos.los e- perdidos. Los 2 eLos 2 e-- captados por la fitoquinona A captados por la fitoquinona A00 llegan hasta el NADP llegan hasta el NADP++y se sintetiza y se sintetiza

NADPH.NADPH. El movimiento de los eEl movimiento de los e-- a través de los transportadores permite al a través de los transportadores permite al

citocromo b6f utilizar la energía que estos liberan para transportar Hcitocromo b6f utilizar la energía que estos liberan para transportar H++ en en contra de un gradiente electroquímico, desde el estroma hacia el espacio contra de un gradiente electroquímico, desde el estroma hacia el espacio tilacoidal.tilacoidal.

Este gradiente es aprovechado por la ATP-sintetasa para fosforilar ATP.Este gradiente es aprovechado por la ATP-sintetasa para fosforilar ATP.

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3 – Fotosíntesis (II): Fase lumínica.

Al absorber energía, algunos e- pasan a niveles energéticos superiores en los aceptores primarios de e-. La vuelta a la posición primitiva desprende energía que excita a una molécula contigua y continua el proceso.

T13. Anabolismo.3 – Fotosíntesis (II): Fase lumínica.

Se produce en las membranas tilacoidales. La energía captada permite romper la molécula de H2O que produce O2, libera

H+ y e-. Los e- liberados sustituyen a los excitados por la luz que sirven para reducir el NADP+ , fabricar NADPH y, simultáneamente, fabricar ATP. Se utilizan 4 H+ para fabricar un ATP.

Intervienen los 2 fotosistemas y los e- que liberan no regresan a ellos.

T13. Anabolismo.

3 – Fotosíntesis (II): Fase lumínica. Fotofosforilación (síntesis de ATP): Puede ser CÍCLICA (→ PSII al PSI) y NO CÍCLICA (→

PSI). Los H+ van del estroma → membrana tilacoidal. Los H+ vuelven de la membrana tilacoidal → estroma (ATP-sintetasa).

Es el “camino” explicado hasta ahora. Excitación PSII → Feofitina → Plastoquinonas → Citocromo b6f → PSI →

Fitoquinona A0 → Síntesis de NADH y ATP.

El complejo ATP-sintetasa se localiza en la cara estromática de la membrana tilacoidal.

Los H+ son bombeados hacia el interior del tilacoide a través del Citocromo b6f → se crea un gradiente electroquímico → se genera fuerza protomotriz.

Los H+ atraviesan la ATP-sintetasa hacia el estroma, fosforilando ADP + Pi → ATP.

(4H+ → 1ATP)

Fotofosforilación NO cíclica.Fotofosforilación NO cíclica.

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3 – Fotosíntesis (II): Fase lumínica.

Fotofosforilación cíclica.Fotofosforilación cíclica.

Puede ocurrir que haya transporte cíclico de e- independiente del PSII:

Fotones estimulan el PSI.

Transferencia e- a la FERREDOXINA → no se llega a formar NADPH

Transferencia e- al CITOCROMO b6f → H+ al interior tilacoide → se forma ATP

→ no se rompe H2O

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3 – Fotosíntesis (II): Fase lumínica. Se produce en las membranas tilacoidales. No se reduce NADP+ a NADPH, ni se rompen moléculas de H2O por lo que

no se produce O2.

Solo intervienen el fotosistema I (P700) que al excitarse deslocaliza los e- hacia la ferredoxina y, desde esta, al Cit b6f que si transporta H+ hacia el interior de los tilacoides.

Se utilizan 4 H+ para fabricar un ATP pasando por la ATPasa.Estroma

Espacio tilacoidal