Profesora: María Antonia Rojas Serrano

PROCESOS DE NUTRICIÓN

Atendiendo a su nutrición(procesos de obtención de materia y energía), podemos clasificar los organismos en:

AUTÓTROFOS: son aquellos organismos capaces de fabricar su propia materia orgánica a partir de moléculas inorgánicas (CO2). A su vez, en función de la energía que empleen para llevar estos procesos, se dividen en:

• Fotosintéticos: utilizan la energía solar. Es el caso de las plantas, las algas y las bacterias fotosintéticas.

• Quimiosintéticos: utilizan la energía liberada en las reacciones químicas. Este proceso es exclusivo de bacterias.

HETERÓTROFOS: obtienen la materia y energía a partir de moléculas orgánicas sintetizadas por otros seres vivos. Son el resto de organismos (animales, hongos, protozoos y algunas bacterias).

Atendiendo a la fuente de carbono y fuente de energía que utilicen los organismos, se pueden diferenciar en cuatro grupos:

FOTOSÍNTESISLos organismos fotosintéticos utilizando la energía lumínica son capaces de producir ATP y NADPH (poder reductor), que posteriormente serán utilizados en la síntesis de moléculas orgánicas (fijación de carbono).

Podemos resumir la fotosíntesis de manera global con la siguiente reacción:

La fotosíntesis consta de dos fases:

Fase lumínica o fotoquímica: engloba los procesos por los que se obtienen el NADPH y el ATP.

Fase oscura o biosintética: conlleva los procesos de formación de moléculas orgánicas (hexosas).

6 CO2 + 6 H2O + LUZ C6H12O6 + 6 O2

Fase lumínica de la fotosíntesis

Ocurre en las membranas de los tilacoides presentes en los cloroplastos celulares.

En ellos se localizan los pigmentos fotosintéticos, que son moléculas que absorben luz a determinadas longitudes de onda, y dentro de estos encontramos: clorofilas, carotenoides y xantofilas.

La estructura de la molécula de clorofila consta de una cola larga formada por subunidades de isopreno y una cabeza formada por un anillo de porfirina con un átomo de magnesio en el centro.

La cola mantiene a la molécula insertada en la membrana tilacoidal, mientras que en la cabeza se produce la absorción de luz.

Los pigmentos fotosintéticos se encuentran organizados dentro de los fotosistemas.

Cada fotosistema está formado por un centro de reacción y un complejo antena.

El centro de reacción forma el núcleo del fotosistema y está formado por un par de moléculas especiales de clorofila a. Todos los pigmentos de un fotosistema pueden absorber fotones, pero sólo este par de clorofilas a situadas en el centro de reacción, es capaz de realizar la conversión de la energía fotoquímica a energía electroquímica.

El resto de pigmentos que constituyen el complejo antena, absorben energía lumínica y la transfieren a las clorofilas a del centro de reacción.

En la fase lumínica de la fotosíntesis intervienen dos tipos de fotosistemas:

Fotosistema II o P680 : es excitado con longitudes de onda de 680 nm.

Fotosistema I o P700 : es excitado con longitudes de onda de 700 nm.

Fotofosforilación no cíclica o esquema en ZEn este proceso intervienen los dos fotosistemas.

Se trata de un proceso de transporte de electrones lineal, cuyo donador primario de electrones es el agua y el aceptor final el NADP+

(análogo al NAD+).

El proceso comienza al incidir la luz sobre el fotosistema II, que se excita y libera dos electrones que pasarán a la cadena transportadora de electrones, compuesta por una serie de moléculas como: la feofitina, la plastoquinona, el complejo de citocromos y la plastocianina.

El fotosistema II, capta dos electrones del agua para revertir a su situación inicial, esta fotolisis del agua, origina la liberación de oxígeno molecular.

Los electrones que han pasado a la cadena transportadora de electrones, servirán para reponer los electrones perdidos por el fotosistema I, al ser excitado por luz con longitud de onda de 700 nm.

A lo largo de esta cadena electrónica, se produce un transporte de H+ hacia la luz del tilacoide, creándose un gradiente quimiosmótico de protones.

Este gradiente será el responsable de la síntesis de ATP, por fosforilación oxidativa, pero al estar originado en este caso por la acción de la luz, se denomina fotofosforilación.

Una vez excitado el fotosistema I este desprende dos electrones que, tras una serie de moléculas, son cedidos a la ferredoxina que conlleva la reducción del NADP+ a NADPH.

Fotofosforilación cíclica

Esta ruta se realiza cuando la célula necesita mayor cantidad de ATP que de NADPH.

Los electrones captados por la ferredoxina son cedidos a la plastoquinona, con lo cual los electrones viajan por un circuito cerrado, que crea un gradiente de protones, favoreciéndose la formación de ATP.

En este proceso sólo interviene el fotosistema I y sólo se obtiene ATP, puesto que la síntesis de NADPH queda bloqueada.

Fase oscura de la fotosíntesis

Se denomina así ya que puede realizarse sin necesidad de luz. Sin embargo, se requieren los productos obtenidos en la fase lumínica (ATP y NADPH) para formar moléculas orgánicas a partir de CO2 (fijación del carbono).

La fijación del carbono ocurre en el estroma mediante una secuencia de reacciones conocidas como ciclo de Calvin.

El ciclo comienza cuando una molécula de CO2 reacciona con un compuesto de cinco átomos de carbonos, ribulosa-1,5-bifosfato. Esta reacción es llevada a cabo por la enzima ribulosa-1,5-bifosfato carboxilasa oxigenasa, comúnmente conocida como rubisco.

La enzima rubisco es la proteína más abundante de la biosfera.

En cada vuelta del ciclo de Calvin se forma una molécula de gliceraldehído- 3-fosfato (3C) que sale del ciclo.

Por lo que se necesitan 3 CO2 que se unan a 3 moléculas de ribulosa-1,5-bisfofato; originando cada una, un intermediario, que se escinde dando lugar a dos moléculas de ác 3 fosfoglicérico (3C).

Resultando en total 6 ác 3 fosfoglicéricos, que originarán 6 moléculas de gliceraldehído-3-fosfato de los cuales una sale del ciclo y permanecen 5, que originarán 3 moléculas de ribulosa-1,5-bifosfato, volviendo a repetirse el ciclo.

Para transformar el ác 3-fosfoglicérico a ác. 1,3-bifosfoglicérico necesito un ATP, como tengo 6 moléculas requeriré 6 ATP.

Para pasar ác. 1,3-bifosfoglicérico a gliceraldehído-3-fosfato necesito un NADPH, en total 6.

Y para pasar la ribulosa-5-fosfato a ribulosa-1,5-bifosfato, necesito un ATP, como me quedan 3 moléculas, necesitaré 3 ATP.

Por cada gliceraldehído-3-fosfato que se forma y sale del ciclo de Calvin necesito: 3 CO2, 6 NADPH y 9 ATP (6 +3)

Pero para formar una hexosa (6C) como glucosa o fructosa, necesito dos moléculas de gliceraldehído-3-fosfato.

G-3-P (3C) + G-3-P (3C) HEXOSA (6C)

Por lo que el gasto energético se duplica, se necesitarán 6 CO2, 12 NADPH y 18 ATP, para formar una hexosa que salga del ciclo.

Quedando la reacción global de la fase oscura de la siguiente manera:

6 CO2 + 12 NADPH +12 H+ +18 ATP HEXOSA + 12 NADP+ +18 ADP +Pi

Fotorrespiración

La enzima rubisco presenta doble función, por lo que puede actuar como carboxilasa o como oxidasa, dependiendo de la concentración de CO2 y O2 existente.

Si la concentración de ambos gases es la normal en la atmósfera (21% de O2 y 0´03% de CO2), la rubisco funciona como carboxilasa realizando la fotosíntesis.

Si la concentración de O2 es superior al 21% y/o la de CO2

desciende por debajo del 0´03%, la rubisco actúa como oxidasa; originando la rotura de la ribulosa-1,5-bifosfato, que se transforma en una moléculas de ác 3-fosfoglicérico (se incorpora al ciclo de Calvin) y otra de ác 2-fosfoglicólico (que se procesa mediante el consumo de O2 y la liberación de CO2). Como el intercambio de gases es igual que el de la respiración mitocondrial y se realiza en presencia de luz, se ha denominado a este proceso fotorrespiración.

QUIMIOSÍNTESISLa quimiosíntesis es una nutrición autótrofa, cuya fuente de energía no es la luz solar, sino la energía desprendida en reacciones redoxexergónicas. Este tipo de nutrición es exclusivo de bacterias.

La quimiosíntesis es importante por varios motivos:

La usan muchas bacterias en el fondo de los océanos, donde no llega la luz solar, y a partir de ellas se originan cadenas tróficas marinas.

Algunos compuestos reducidos que utilizan las bacterias, como el NH3 o el H2S, son sustancias procedentes de la descomposición de la materia orgánica. Al oxidarlas, las transforman en iones NO3

- y SO4

-, respectivamente, que pueden ser absorbidos por las plantas.

La mayoría de los biólogos consideran que la quimiosíntesis fue la forma básica de autotrofía en los primeros tiempos de la vida en la Tierra, cuando aún no habían surgido los organismos fotosintéticos.

Los organismos quimiosintéticos o quimilitótrofos presentan una gran importancia ambiental, puesto que intervienen en los ciclos biogeoquímicos.

Y se clasifican en función del compuesto inorgánico que utilicen como sustrato. De esta forma se pueden diferenciar en:

Bacterias quimiosintéticas del nitrógeno o bacterias nitrificantes: utilizan como sustrato compuestos del nitrógeno. En este grupo se incluyen las bacterias del género Nitrosomas y Nitrobacter.

Bacterias quimiosintéticas del azufre o sulfobacterias: oxidan azufre o compuestos reducidos de azufre.

Bacterias quimiosintéticas del hierro: oxidan el hierro ferroso a hierro férrico.

Bacterias quimiosintéticas del hidrógeno: oxidan el hidrógeno y producen agua.