tema 8b. el metabolismo (anabolismo) 2º bachillerato - biología bonifacio san millán ies muriedas
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TEMA 8B. El metabolismo (Anabolismo)
2º Bachillerato - BiologíaBonifacio San MillánIES Muriedas
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 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)
LA FOTOSÍNTESIS
CLOROFILAS
CAROTENOIDES
Xantofilas
Carotenos
Ficobilinas
Ficoeritrina
Ficocianina
Cromatografía
PIGMENTOS: ESPECTRO ÚTIL (visible 400- 700 nm)
LA FOTOSÍNTESIS (Fase lumínica)
FASE LUMINOSA síntesis de ATP y NADPH FUNDAMENTOS:
Fluorescencia: No se da en la fotosíntesis
LA FOTOSÍNTESIS
El electrón excitado vuelve al orbital original y pierde la energía absorbida en forma de luz y
calor
FASE LUMINOSA síntesis de ATP y NADPH FUNDAMENTOS:
Resonancia
LA FOTOSÍNTESIS
La energía pasa por resonancia de unos pigmentos a otros hasta el centro de reacción
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)
LA FOTOSÍNTESIS
1. CCL: Centro colector de luz. Diferentes pigmentos: clorofilas, carotenos,…
2. Centro de reacción:3. Dímero de clorofila A4. Dador de electrones5. Aceptor de electrones
6. Membrana de un tilacoide
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
LA FOTOSÍNTESIS
Estroma
Espacio intratilacoidal
FASE OSCURA Fijación de CO2 y síntesis orgánica Consumo de los productos de la fase luminica
(ATP y NADPH)
LA FOTOSÍNTESIS
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
FASE OSCURA Fijación de CO2 y síntesis orgánica Consumo de los productos de la fase lumínica
(ATP y NADPH)
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: Fase oscura
Fases: 1.- Fijación o
Carboxilación
2.- Reducción: Ácido a
aldehído 3.-
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)
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
LA FOTOSÍNTESIS
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
Bacterias púrpurasBacterias verdes
Otras bacterias fotosintéticasCianobacterias
No sulfureasSulfubacterias Sulfubacterias No sulfureas
Clorofila y fotofosforilació
n oxigénica
con
BacterioclorofilaY
fotofosforilación anoxigénica
Fotofosforilaciónacíclica y cíclica
Fotofosforilacióncíclica
con
con
Fotofosforilacióncíclica
con
Fotofosforilacióncíclica muy antigua
con
Con 2 fotosistemas Con 1 fotosistema
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: 1ºSust. inorgánica A Sust. Inorgánica
B + ATP (por fosforilación oxidativa) 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)
oxidación
1ºSust. inorgánica A Sust. Inorgánica B + ATP (por fosforilación oxidativa) Aceptor final: normalmente, O2 tipo especial
de respiración aerobia
Ej. NO2 + 2H+
NO3
½ O2Cadena de transporteElectrónico (redox)
LA QUIMIOSÍNTESIS
H2O
oxidación
ATP
1ºSust. inorgánica A Sust. Inorgánica B + ATP NADH por flujo inverso de e- con consumo de
parte del ATP sintetizado.NAD+
NADH + H+
NO3 -
Cadena de transporteElectrónico (redox)
LA QUIMIOSÍNTESIS
NO2-
oxidación
Consumo de ATP
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:
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
Nitrosomomas: Nitrobacter
LA QUIMIOSÍNTESIS
Grupos de organismos quimiosintéticos: A) B. Nitrificantes:
ej. NH3 NO2
NO3
Importantes en el ciclo del nitrógeno
Nitrosomomas Nitrobacter
NH4+ + 3/2 O2 NO2 + 2H+ + H2O
NO2 + ½ O2 NO3
NH4+ + NO2
- N2 + 2 H2O (X)
(X) En este caso el aceptor final no es el O2, sino el NO2
Nitrosomomas:
Nitrobacter:
Bacterias anammox:
LA QUIMIOSÍNTESIS
Grupos de organismos quimiosintéticos: A) B. Nitrificantes:
ej. NH3 NO2
NO3
Importantes en el ciclo del nitrógeno
Ej.
Nitrosomomas Nitrobacter
NO2 + ½ O2 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 H2SO4
H2S + ½ O2 S + H2O
S + 2O2 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 H2O H2 + ½ O2 H2O ej.
Pseudomonas 4H2 + CO2 CH4 + 2H2O bact.
Metanógenas
CH4 CO2 + H2OCH4 + 2 O2 CO2 + 2H2O bact. Metanotrofas
Algunas c y d de las dorsales oceánicas: Productores Ecosistemas independientes del
sol
Comparación Fotosíntesis y Quimiosíntesis
OTROS PROCESOS ANABÓLICOS
Cetogénesis
Gluconeoneogénesis
Ruta catabólica
Phe
Tyr
Trp
Ser
Gly
Cys
Asp
Met
Lys
Ile
piruvato
Acetil CoA
Ala
Val
Leu
Funarato
Ácidos grasos
Pro y Arg
Otras rutas anabólicas
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
TEST DE REPASO
TEMA 8B
Comenta la importancia de la fotosíntesis en la Biosfera Consolidación de los Productores Aparición de l oxígeno:
o veneno + diversificación de los aerobioso 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
F. Fijación
F. Regeneración
F. Reducción
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)
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 e-
2º Síntesis orgánica (P. anabólico, reductora)Fotosíntesis: 1º F. luminosa:
a) ATP x fotofosforilaciónb) 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
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. calorífica1. Biosíntesis2. Contracción (movimiento) o3. Mantenimiento de gradientes (membranas)
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).
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 resonanciao Clorofilas del C.de R: excitación electrónica clorofila muy reductora
Fuente de N :o La mayoria de nitratoso Algunos de NH4
+ o N2 (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: FotosíntesisA: 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.