New Jersey Center for Teaching and Learning. Iniciativa de Ciencia Progresiva

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2 Slide 2 / 141 BIOLOGÍA Procesamiento de Energía Octubre

3 Slide 3 / 141 Vocabulario Cliquea sobre cada palabra de abajo para ir a la definición. Acetil Co-A Aeróbico Vía anabólica Anaeróbico ATP Síntesis de ATP Ciclo de Calvin Vía catabólica Respiración celular Clorofila Ciclo del ácido cítrico Transporte electrónico Aceptor de electrones Cadena transportadora de electrones Fermentación alcohólica Anaerobio facultativo FADH 2 Fermentación Glicólisis Ciclo de Krebs Fermentación ácido-láctica Reacciones dependientes de la luz Reacciones independientes de la luz Metabolismo NADH NADPH

4 Slide 4 / 141 Vocabulario Cliquea sobre cada palabra de abajo para ir a la definición. Transporte no cíclico de energía Aerobio obligado Anaerobio obligado Oxidación Fosforilación oxidativa Fosforilación Fotosíntesis Fotosistema I Fotosistema II Piruvato Descarboxilación del piruvato Reducción Tilacoide

5 Slide 5 / 141 Procesamiento de la Energía Temas de unidad Click en el tema par ir a esta sección Metabolismo y ATP Respiración Celular Fermentación Fotosíntesis

6 Slide 6 / 141 Chapter 8 Metabolismo y ATP Volver a la tabla de contenidos

7 Slide 7 / 141 Vías metabólicas El Metabolismo es la totalidad de las reacciones químicas de un organismo. El Metabolismo es una propiedad de la vida

8 Slide 8 / 141 Vías metabólicas Una vía metabólica comienza con una molécula específica y finaliza con un producto Cada paso se cataliza por una enzima específica Sin enzimas las vías metabólicas avanzarían muy lentamente enzima 1 enzima 2 enzima 3 A B C D Reacción 1 Reacción 2 Reacción 3 Molécula Inicial Producto

9 Slide 9 / 141 Vías metabólicas Existen dos tipos de vías metabólicas Vías Catabólicas Vías Anabólicas

10 Slide 10 / 141 Vías catabólicas Las Vías Catabólicas desarman moléculas del entorno. Los seres vivos utilizan la energía derivada de la ruptura de los enlaces en estas moléculas para construir estructuras y conducir los procesos celulares.

11 Slide 11 / 141 Reacciones exergónicas Las vías catabólicas son reacciones exergónicas, el cambio en la energía libre de Gibbs es negativo. Por lo tanto, liberan energía y ocurren espontáneamente Reactivos Energía Cantidad energía libre liberada (ΔG < 0) Productos Progreso de la reacción

12 Slide 12 / 141 Vías anabólicas Las vías anabólicas sintetizan moléculas orgánicas complejas y aceleran los procesos de las células usando la energía derivada de las vías catabólicas. Ejemplos Formación de huesos Formación de músculos Síntesis de almidón Transporte activo Click aquí para ver un dispositivo neumónico

13 Slide 13 / 141 Reacción endergónica Las vías Anabólicas son reacciones endergónicas; el cambio en la energía libre de Gibbs es positivo. Por lo tanto, requieren un aumento de energía y no ocurren espontáneamente Energía Productos Cantidad de energía libre requerida (ΔG > 0) Reactivos Progreso de la reacción

14 Slide 14 / 141 Procesos espontáneos Un proceso se producirá espontáneamente si el resultado es una reducción de la Energía libre de Gibbs (G) del sistema. G toma en cuenta el cambio resultante en la energía de un sistema y el cambio en su entropía. Si el efecto de una reacción es la reducción de G, el proceso se producirá espontáneamente Si G es negativo, la reacción ocurrirá espontáneamente. Si G es cero o positivo, esta no ocurrirá espontáneamente.

15 Slide 15 / 141 Energía libre y metabolismo En los sistemas biológicos a menudo se necesita que ocurra una reacción endergónica pero por sí mismos, no la producirán de forma espontánea. Para que esto ocurra, la reacción endergónica está acoplada a una reacción que es exergónica, de manera que juntas, son exergónicas.

16 Slide 16 / 141 Suma de reacciones acopladas Reacción no espontánea: #G es positivo Glu Ácido Glutámico + NH 3 Amoníaco NH 2 Glu #G = +3.4 kcal/mol Reacción espontánea: ΔG es negativo ΔG = -7.3 kcal/mol ATP + H 2 O ADP + P i juntas, las reacciones son espontáneas #G = 3.9 kcal/mol

17 Slide 17 / Una reacción espontánea. A B C D E ocurre sólo cuando una enzima u otro catalizador está presente no puede ocurrir fuera de un organismo vivo libera energía cuando actúa en la dirección de avance es común en las vías anabólicas conduce a una disminución en la entropía del universo

18 Slide 18 / Las vías anabólicas son y las catabólicas son. A B C D espontáneas, no espontáneas endergónicas, exergónicas exergónicas, endergónicas endotérmicas, exotérmicas

19 Slide 19 / Cuál de las siguientes opciones establece correctamente la relación entre las vías anabólicas y catabólicas? A B C La degradación de moléculas orgánicas por las vías anabólicas proporciona la energía para conducir las vías catabólicas. La energía procedente de las vías catabólicas se utiliza para conducir la descomposición de moléculas orgánicas en las vías anabólicas. Las vías anabólicas sintetizan moléculas orgánicas más complejas usando la energía derivada de las vías catabólicas.

20 Slide 20 / 141 Energía celular Una célula tiene tres tipos principales de trabajo: Mecánico (movimiento) Transporte (cruzar una barrera) Químico (cambiar una molécula) Para hacer el trabajo, las células manejan los recursos energéticos mediante el acoplamiento de energía, utilizando una reacción exergónica para conducir a una endergónica

21 Slide 21 / 141 ATP Las células pueden almacenar la energía de las vías catabólicas en una molécula llamada ATP (adenosin trifosfato ). El ATP se puede descomponer más tarde para alimentar reacciones anabólicas.

22 Slide 22 / 141 ATP El ATP (adenosin trifosfato) incluye tres grupos fosfato (PO 4-3 ). Cada grupo fosfato tiene una carga iónica de -3e. En este modelo de ATP, cada PO 4-3 esta encerrado en un círculo azul.

23 Slide 23 / 141 ATP Los grupos fosfato se repelen entre sí, ya que cada uno tiene una carga negativa. Por lo tanto, se requiere de trabajo para agregar el segundo grupo fosfato; ir de AMP (monofosfato) al ADP (difosfato). Para agregar el tercer grupo, para ir de ADP al ATP (trifosfato), se requiere aún más trabajo, ya que es repelido por ambos grupos fosfato

24 Slide 24 / 141 ATP Esto es como el trabajo en la compresión de un resorte. La energía del trabajo necesario para llevar a cada grupo fosfato a la molécula se almacena en enlace fosfato. Cuando el enlace se rompe para ir desde el ATP a ADP, se libera una cantidad significativa de energía. Yendo a partir de ADP a AMP se libera menos energía, ya que hay menos carga total en el ADP que en el ATP.

25 Slide 25 / 141 ATP Los enlaces entre los grupos fosfato de la cola del ATP se pueden romper por hidrólisis. La energía se libera a partir del ATP cuando se rompe el enlace fosfato terminal. La energía liberada es igual al trabajo que se hizo para formar el enlace. Ese trabajo se sobrepuso a la repulsión electrostática entre el último grupo fosfato y la molécula de ADP inicial. El resultado es un cambio químico a un estado de menor energía libre.

26 Slide 26 / 141 ATP En los sistemas vivos, la energía de la reacción exergónica de la hidrólisis del ATP se puede utilizar para conducir una reacción endergónica. En general, las reacciones acopladas son exergónicas.

27 Slide 27 / 141 El ATP produce trabajo El ATP impulsa reacciones endergónicas por la fosforilación, la transferencia de un grupo fosfato a otra molécula, tal como un reactivo. La molécula receptora ahora está "fosforilada". Los tres tipos de trabajo celular son motorizados por la hidrólisis del ATP.

28 Slide 28 / 141 El ATP Realiza Trabajo P i P Proteína motora Trabajo Meánico: ATP proteínas motoras fosforiladas Proteína movida Membrane protein ATP P P i ADP + P i Soluto Soluto transportado Trabajo de Transporte: El ATP fosforilado transporta proteínas P NH 2 NH Glu Glu P i Reactivos: Ácido Producto hecho Glutámico (glutamina) y amoníaco Trabajo Químico: el ATP fosforila reactivos clave

29 Slide 29 / 141 La Regeneración del ATP El ATP es un recurso renovable que se regenera mediante la adición de un grupo fosfato al ADP La energía para fosforilar el ADP proviene de reacciones catabólicas en la célula La energía potencial química almacenada temporalmente en ATP conduce a mayor trabajo celular Cada célula está convirtiendo millones de ATP a ADP y nuevamente cada segundo.

30 Slide 30 / 141 La Regeneración del ATP ATP Energía del catabolismo, (exergónica, procesos que producen energía) ADP + P i Energía del trabajo celular (endergónico, procesos que consumen energía)

31 Slide 31 / Por lo general, la hidrólisis del ATP conduce el trabajo celular debido a que. A libera energía que puede ser utilizada en otras reacciones B libera calor C actua como un catalizador D disminuye la energía libre de la reacción

32 Slide 32 / Cuál opción caracteriza mejor al rol del ATP en el metabolismo celular? A La liberación de energía durante la hidrólisis del ATP calienta el ambiente circundante. B C D La energía liberada a partir de la hidrólisis del ATP puede ser acoplada en un proceso endergónico a través de la formación de un fosforilado intermedio. Cataboliza al dióxido de carbono y al agua El #G asociada con su hidrólisis es positiva

33 Slide 33 / Cuál de los siguientes no es un ejemplo de trabajo celular logrado con la energía libre derivada de la hidrólisis del ATP? A B C D Trabajo mecánico tal como el movimiento de la célula. Trabajo de transporte, tal como el transporte activio de un ión hacia dentro de la célula. Trabajo químico, tal como la síntesis de nuevas proteínas. La producción de calor, lo que eleva la temperatura de la célula.

34 Slide 34 / 141 Respiración celular Volver a la tabla de contenidos

35 Slide 35 / 141 Equilibrio y metabolismo Las reacciones en un sistema cerrado eventualmente alcanzan el equilibrio y luego se detienen. La vida no está en equilibrio La vida es un sistema abierto, experimentando un constante flujo de materia y energía. Los organismos vivos no pueden sobrevivir sin la conexión con el entorno.

36 Slide 36 / 141 La Producción de ATP Vías Catabólicas La respiración celular es una vía catabólica que consume moléculas orgánicas y produce ATP. Los carbohidratos, las grasas, y las proteínas pueden ser combustibles de la respiración celular. Miraremos primero en el caso más simple, la ruptura del azúcar en glucosa. Pero antes de hacer eso tenemos que aprender acerca de dos moléculas que son esenciales para la respiración.

37 Slide 37 / 141 NAD + y FAD Las moléculas de NAD + y FAD se utilizan para almacenar y liberar posteriormente, la energía durante la respiración, son clave para la respiración. Cada molécula tiene dos formas, cada forma almacena una cantidad diferente de energía. Así, se mueven entre estas dos formas o bien almacena energía potencial química o la libera. Estas son las reacciones: NAD + + 2H + + 2e - + Energía NADH + H + FAD + 2H + + 2e - + Energía FADH 2 Las flechas dobles indican que cada reacción es reversible, se puede proceder en cualquier dirección. Cuando la reacción va hacia la derecha, se almacena la energía. Cuando se va hacia la izquierda, se libera energía

38 Slide 38 / 141 NAD + y FAD NAD + + 2H + + 2e - + Energía NADH + H + FAD + 2H + + 2e - + Energía FADH 2 La cantidad de energía que se utiliza cuando la reacción va hacia la izquierda, depende de la disponibilidad de aceptores de electrones. Sin una molécula, tal como el O 2, para aceptar los electrones en exceso la energía almacenada en NADH y FADH 2 no se puede utilizar para producir ATP.

39 Slide 39 / 141 Aceptores de Electrones El oxígeno es el mejor aceptor de electrones, ya que genera la mayor variación de energía libre ( G) y produce más energía. En ausencia de oxígeno, otras moléculas, tales como los nitratos, lossulfatos, y el dióxido de carbono pueden utilizarse como aceptores de electrones Si el O 2 está presente, 1 NADH almacena energía suficiente para crear alrededor de 3 ATPs 1 FADH2 almacena energía suficiente para crear alrededor de 2 ATPs

40 Slide 40 / El NADH se convierte en NAD +. Durante este proceso, A se libera energía B se almacena energía C ni se almacena ni se libera energía

41 Slide 41 / El FADH 2 se convierte en FAD. Durante este proceso, A se almacena energía B se libera energía C ni se almacena ni se libera energía

42 Slide 42 / 141 Reducción y Oxidación NAD + + 2H + + 2e - + Energía NADH + H + FAD + 2H + + 2e - + Energía FADH 2 Cuando se pasa de izquierda a derecha estamos añadiendo electrones a una molécula. Eso se llama reducción de la molécula, o proceso de reducción. Al ir de derecha a izquierda, estamos tomando electrones de una molécula. Eso se llama oxidacíón de la molécula, o proceso de oxidación.

43 Slide 43 / 141 Oxidación La razón del término oxidación es que este es el efecto que el oxígeno tiene generalmente: que toma electrones de una molécula, produciendo su oxidación. La corrosión del hierro es un ejemplo de oxidación: el oxígeno está tomando electrones del metal, oxidándolo. 4 Fe + 3 O 2 2 Fe 2 O 3

44 Slide 44 / 141 Reducción y Oxidación Ya que no parece correcto que a la adición de electrones se la llame "reducción", aquí hay una manera de recordar estos dos términos. LEO dice GER Perder (Losing) Electrones es Oxidación Ganar Electrones es Reducción

45 Slide 45 / Cuál de los siguientes no puede actuar como un aceptor de electrones? A sulfato B oxígeno C amonio D nitrato

46 Slide 46 / La pérdida de un electrón es y la ganancia de un electrón es. A oxidación, reducción B reducción, oxidación C catálisis, fosforilación D fosforilación, catálisis

47 Slide 47 / NADH es la forma reducida de NAD +. Verdadero Falso

48 Slide 48 / 141 Tipos de Respiración Celular Las células siguen diferentes caminos de la respiración celular en función de la presencia o ausencia de oxígeno. Las células se pueden clasificar en 3 categorías en base a su respuesta al oxígeno. Anaerobios obligados - no pueden sobrevivir en presencia de oxígeno Aerobios obligados- son aquellas que requieren oxígeno. Anaerobios facultativos -son aquellas que pueden sobrevivir en presencia o ausencia de oxígeno.

49 Slide 49 / 141 Las Etapas de la Respiración La respiración celular consiste de cuatro etapas: Glicólisis Decarboxilación del Piruvato El ciclo del ácido cítrico (Ciclo de Krebs. FosforilaciónOxidativa

50 Slide 50 / 141 Glicólisis La Glicólisis es la primera etapa de la respiración celular. Se trata de la descomposición de la glucosa, un azúcar de 6 carbonos en 2 moléculas de piruvato, un azúcar de 3 carbonos 2 NAD + C 6 H 12 O 6 (Glucosa) 2 ATP Glucólisis es la ruptura de la molécula de glucosa 2 NADH Glicólisis 4 ATP Se necesitan algunos ATP para comenzar el proceso (E a ) 2 C 3 H 4 O 3 (Piruvato) El resultado neto es: Se forman 2 ATP junto con 2 NADH y los 2 piruvatos.

51 Slide 51 / Hasta hace 2.5 billones de años no había oxígeno en la atmósfera terrestre. Cuál de los siguientes no estaba presente? A anaerobios facultativos B anaerobios obligados C aerobios obligados D bacterias

52 Slide 52 / Cuánta energía de activación se requiere para comenzar la glicólisis? A 0 ATP B 1 ATP C 2 ATP D 4 ATP

53 Slide 53 / Los productos netos de la glucólisis son: A 2 piruvatos B 2 NADH y 2 piruvatos C 2 ATP, 2 NADH, y 2 piruvatos D 4 ATP, 2 NADH, y 2 piruvatos

54 Slide 54 / 141 Descarboxilación del piruvato (DP) El ciclo del ácido cítrico puede procesar sólo moléculas con 2 carbonos y el piruvato es una molécula con 3 carbonos: C3H4O3 2 C 3 H 4 O 3 (Piruvato) 2 NAD + PDC 2 NADH 2 Acetil Co-A 2 CO 2 La DP es una reacción catalizada por una enzima que toma las 2 moléculas de piruvato y las convierte en 2 moléculas de que son moléculas con 2 átomos de carbono. La energía es almacenada durante la DP a partir de la conversión de 2 NAD + a 2 NADH y los carbonos extra del piruvato son eliminados como CO 2.

55 Slide 55 / 141 El cliclo del ácido cítrico Esto muestra un ciclo, originado por una molécula de Acetil Co- A. Para una molécula de glucosa se necesitan dos ciclos. Ciclo del ácido cítrico Vamos a contabilizar la salida de un ciclo para confirmar nuestros resultados.

56 Slide 56 / 141 El ciclo del ácido cítrico Esta es una vuelta del ciclo debido a 1 Acetil Co-A. Nota la producción de: 1 ATP 3 NADH Ciclo del ácido cítrico Cliquea aquí para ver un vídeo del ácido cítrico 1 FADH 2 Pero 1 molécula de glucosa produce 2 moléculas de Acetil Co-A (entonces 2 vueltas del ciclo producen:) 2 ATP 6 NADH 2 FADH 2

57 Slide 57 / 141 El ciclo del ácido cítrico El ciclo del ácido cítrico se llama también Ciclo de Krebs. El ciclo desarma una molécula de Acetil-CoA por cada turno generando 1 ATP, 3 NADH, 2 CO 2 y 1 FADH2 por Acetil-CoA. Ya que 2 moléculas de Acetil-CoA se arman a partir de cada molécula de glucosa, el Ciclo de Krebs produce 2 ATP; 6 NADH; 4CO 2, y 2 FADH2 por cada molécula de glucosa.

58 Slide 58 / La glucólisis produce ATP. La descarboxilación del piruvato produce ATP. El ciclo del ácido cítrico produce ATP. A 1, 1, 2 B 4, 0, 2 C 4, 0, 4 D 2, 0, 2

59 Slide 59 / Durante la descarboxilación del piruvato un piruvato de 3 carbonos se convierte en 2 Aceltil Co-A de 2 átomos de carbono. Qué sucede con los otros átomos de carbono en este proceso? A Son eliminados como moléculas de CH 4 B Son eliminados como moléculas de CO 2 C Se unen covalentemente al NADH D Son reciclados para volver a obtener glucosa

60 Slide 60 / En total, las 3 primeras etapas de la respiración celular producen, cuántas moléculas de dióxido de carbono A 1 B 2 C 3 D 6

61 Slide 61 / 141 Fosforilación oxidativa(fo) Hasta ahora hemos hecho un montón de trabajo para obtener una ganancia neta de 4 ATPs. Pero hemos almacenado una gran cantidad de energía potencial en forma de NADH y FADH2. La gran recompensa de la energía está en la fosforilación oxidativa, donde convertimos la energía almacenada en las moléculas de ATP.

62 Slide 62 / 141 Fosforilación oxidativa(fo) Ahora vamos a convertir todo el NADH y FADH2 en ATP, por lo que la energía se puede almacenar toda la célula. Aquí es donde el ciclo comienza Etapa NADH FADH2 ATP Glicólisis PD CAC Total Cuando el O 2 está presente obtenemos alrededor de 3 ATP por NADH y 2 ATP por FADH 2. De manera que, cuántos ATP tendríamos al final de la siguiente etapa?

63 Slide 63 / 141 Cadena transportadora de electrones (CTE) La fosforilación oxidativa es alimentada por la cadena transportadora de electrones. Una forma de pensar en la CTE es como una bomba de protones. La CTE transporta los electrones, a través de reacciones químicas, hacia afuera y luego vuelve a través de la membrana plásmática. El efecto neto es bombear protones desde el interior hacia el exterior de la membrana plasmática, creando un gradiente de protones que se utiliza para alimentar la fosforilación oxidativa.

64 Slide 64 / 141 Cadena transportadora de electrones (CTE) Espacio intermembrana El patrón de protones está en rojo. El patrón de electrones está en negro. La CTE no produce ATP, pero permite la fosforilación oxidativa, a cuenta de la mayoría del ATP producido.

65 Slide 65 / 141 CTE anaeróbica Por los primeros 2 millones de años de vida en la Tierra, la respiración anaeróbica (sin O2) era el único medio de obtener energía de los alimentos. Estos organismos utilizan los aceptores de electrones, NO 3 -, SO 4 2-, o CO 2 para jalar de los electrones a través de la CTE Estas moléculas aceptarían a los electrones en el extremo de la cadena formando N 2, H 2 S, y CH 4, respectivamente

66 Slide 66 / 141 CTE anaeróbica Pero luego, ocurrió la Revolución del Oxígeno 2.5 billones de años antes, inundando el planeta con oxígeno. En la respiración aeróbica, el aceptor final de electrones de la cadena de transporte es el O 2 ; formando agua (H 2 O). El oxígeno atrae electrones fuertemente, para completar su nivel externo. Esto tirón más fuerte produce mucha más energía disponible para la vida, permitiendo la existencia de cadenas alimentarias más complejas como vemos hoy. Cliquéa aquí para ver un video de CTE

67 Slide 67 / Cuál de los siguientes de forma durante la cadena transportadora de electrones en células humanas? I ATP II NADH III gradiente de protones IV H 2 O A I, II, III, IV B I, II sólo C III sólo D III, IV sólo

68 Slide 68 / Los aerobios obligados usan cuál de los siguientes como su aceptor final de electrones? A CO 2 B NO 3 - C O 2 D SO 4 2-

69 Slide 69 / 141 Fosforilación oxidativa (OP) La CTE crea un potencial electrostático positivo fuera de la membana plasmática y un potencial negativo en el interior. El exceso de protones en el exterior, está fuermente atraído hacia el interior, pero está bloqueado por la membrana. Un camino está abierto para los protones, pero se debería hacer trabajo para usarlo. La síntesis de ATP es esencialmente un motor, construido de proteínas. Los protones deberían viajar a través de ese motor para volver a la célula, creando una corriente eléctrica que enciende el motor. A medida que el motor gira, se agrega un grupo fosfato al ADP, creando ATP. La energía eléctrica es transformada en energía química. Cliquea aquí para ver un vídeo de síntesis de ATP

70 Slide 70 / 141 Fosforilación oxidativa La analogía hidroeléctrica El Hoover Dam es una estructura masiva que contiene la energía potencial de 9 trillones de galones de agua

71 Slide 71 / 141 Fosforilación oxidativa La analogía hidroeléctrica Tal como la fosforilación oxidativa crea un gradiente luego de que la energía almacenada permitiendo que el agua pase a través de una pequeña tubería, transformándola en energía cinética.

72 Slide 72 / 141 Fosforilación oxidativa La analogía hidroeléctrica Las enormes turbinas están girando causando que la energía cinética sea convertida en energía mecánica la que es utilizada para producir energía eléctrica.

73 Slide 73 / 141 Respiración aeróbica Calculamos anteriormente que se podría esperar obtener 38 moléculas de ATP por el tiempo que se habría convertido todo el NADH y el FADH 2 en ATP. El rendimiento real es de entre 36 a 38 moléculas de ATP por molécula de glucosa. La razón para la pequeña varianza es que en algunos casos se necesita energía para el transporte de las moléculas de NADH hacia el sitio de la CTE.

74 Slide 74 / La síntesis de ATP... A sintetiza ATP B es una enzima C es una proteína compleja D todos los de arriba

75 Slide 75 / La energía liberada por la cadena de transporte de electrones es utilizada para la bomba de iones H+ dentro de qué lugar? A en el exterior de la membrana B en el interior membrana Respuesta

76 Slide 76 / Cuál es el número máximo de ATP producido a partir de la ruptura de una molécula de glucosa? A 4 B 18 C 36 D 38

77 Slide 77 / 141 La versatilidad del catabolismo Las vías catabólicas canalizan electrones desde muchos tipos de moléculas orgánicas en el interior de la respiración celular. la glucólisis acepta un amplio rango de carbohidratos las proteínas deben ser degradadas en aminoácidos; los grupos amino pueden alimentar la glucólisis o el ciclo del ácido cítrico. las grasas son degradadas en glicerol el que es utilizado en la glucólisis. Un gramo oxidado de grasas produce más que el doble de la cantidad de ATP que se origina de un gramo de carbohidratos oxidados.

78 Slide 78 / 141 La versatiliadad del catabolismo Etapa 1: ruptura de las macromoléculas en unidades más pequeñas Etapa 2: ruptura de subunidades simples a Acetil Co-A acompañada por la producción limitada de ATP y NADH Etapa 3: la oxidación completa de acetil CO-A a H2= y CO2 implica la producción de mucho NADH, que produce mucho ATP vía transporte de electrones

79 Slide 79 / 141 Fermentación Volver a la tabla de contenidos

80 Slide 80 / 141 Fermentación Cuando no están disponibles los aceptores de electrones, los anaerobios obligados y los aerobios facultativos pueden aún degradar glucosa y liberar energía a través de un proceso llamado fermentación. La fermentación comienza justo como lo hace la respiración celular, con la glucólisis.

81 Slide 81 / 141 Fermentación La glucólisis resulta en 2 moléculas de piruvato y 2 moléculas de NADH 2. Sin un aceptor de electrones, la energía almacenada en esas moléculas no se puede utilizar. 2 NAD + C 6 H 12 O 6 (Glucosa) Glucólisis 2 ATP La ganancia neta de energía es sólo 2 ATP (Recuerda 2 fueron invertidos y 4 se produjeron, la ganancia neta es 2) 2 NADH 2 C 3 H 4 O 3 (Piruvato) 4 ATP

82 Slide 82 / 141 Fermentación Sin embargo, el piruvato todavía necesita ser limpiado desde la célula, y el NADH ser convertido nuevamente a NAD + para comenzar otro ciclo. Este proceso es llamado fermentación. 2 NAD + 2 NADH C 6 H 12 O 6 (Glucosa) Glucólisis 2 ATP 4 ATP No se libera energía adicional durante este proceso. 2 C 3 H 4 O 3 (Piruvato)

83 Slide 83 / 141 Tipos de fermentación Existen dos tipos de fermentación: fermentación ácido-láctica fermentación alcohólica 2 NADH 2 NAD + Fermentación ácido-láctica 2 C 3 H 4 O 3 (Piruvato) Fermentación OR Fermentación alcohólica 2 ácidoláctica CO 2 y 2 etanol

84 Slide 84 / 141 Fermentación La fermentación descompone los productos de la glucólisis de manera que la glucólisis puede repetirse con otra molécula de glucosa. 1 molécula de glucosa produce 2 ATP, 2 Piruvatos y 2 NADH. Esto es la entrada a la etapa de la fermentación de la respiración anaerobia. Los piruvatos y los NADH son fermentados en 2 NAD y o en ácido láctico o CO 2 y etanol. 2 NADH 2 NAD + Fermentación ácido-láctica 2 C 3 H 4 O 3 (Piruvato) 2 ácidoláctico Fermentación O Fermentación alcohólica CO 2 y 2 etanol

85 Slide 85 / 141 Fermentación El resultado de los pasos combinados de la glucólisis y la fermentación es: la entrada es 1 Glucosa + 2 moléculas de ATP la salida es 4 moléculas de ATP (para una ganancia neta de 2 ATP) En síntesis, La fermentación láctica resulta en ácido láctico La fermentación alcohólica resulta en etanol y CO 2

86 Slide 86 / 141 Respiración celular vs. fermentación La gran diferencia es que para cada molécula de glucosa: la respiración celular aeróbica produce 36 a 38 ATP la fermentación sólo produce 2 ATP

87 Slide 87 / 141 Ejemplos de fermentación Algunas bacterias anaerobias se basan solamente en la fermentación, tales como Lactobacillus, que se utiliza para hacer queso y yogur. El alcohol en el vino, cerveza, se produce a partir de la levadura un facultativo anaerobio que produce la fermentación del etanol. El pan se leuda debido a la liberación de burbujas de CO2 por la fermentación de la levadura. Los músculos queman después de una extenuante sesión de ejercicios, ya que no se pueden obtener suficiente O2, por lo que llevan a cabo la fermentación del ácido láctico. El ácido láctico es el que da la sensación de ardor y dolor.

88 Slide 88 / Cuando una célula ha completado la glucólisis y la fermentación láctica, los productos finales son: I ácido láctico II etanol III dióxido de carbono IV NADH V ATP A B C D I, II, III, IV, V I, II, III, V I, IV, V I, V

89 Slide 89 / El pan leuda debido a la producción de durante la fermentación. A etanol B dióxido de carbono C ácido láctico D piruvato

90 Slide 90 / Los músculos producen ácido láctico durante el ejercicio intenso. Además, los músculos son ejemplo de, que tipo de célula? A anaerobios facultativos B aerobios facultativos C anaerobios obligados D aerobios obligados Respuesta

91 Slide 91 / 141 Fotosíntesis Volver a la tabla de contenidos

92 Slide 92 / 141 Fotosíntesis La respiración obtiene energía a partir de la glucosa y la almacena como ATP. Pero cuál es la fuente de glucosa? Y, de dónde vino el oxígeno que flotaba en la Tierra 2.5 billones de años atrás?

93 Slide 93 / 141 Respiración aeróbica vs. fotosíntesis Aquí está la ecuación química balanceada para la respiración aeróbica C 6 H 12 O 6 + 6O 2 6CO 2 + 6H 2 O + ATP Y aquí la ecuación química balanceada para la fotosíntesis: 6CO 2 + 6H 2 O + Energía lumínica C 6 H 12 O 6 + 6O 2

94 Slide 94 / 141 Respiración aeróbica vs. fotosíntesis C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + ATP La respiración aeróbica usa oxígeno (O 2 ) y glucosa (C 6 H 12 O 6 ) para formar dióxido de carbono (CO 2 ) y agua (H 2 O)... y liberar energía. 6CO 2 + 6H 2 O + Energía lumínica C 6 H 12 O 6 + 6O 2 La Fotosíntesis es exactamente el opuesto, toma el dióxido de carbono (CO 2 ) y el agua (H 2 O) más la energía para producir glucosa (C 6 H 12 O 6 ) y oxígeno (O 2 )

95 Slide 95 / 141 Fotosíntesis y respiración Sumando estas dos ecuaciones se observa que el ATP es usado por las células deriva de la energía lumínica, desde el Sol. Esta es la fuente de energía de la mayor parte de la vida en la Tierra C 6 H 12 O 6 + 6O 2 6CO 2 + 6H 2 O + ATP (Energy) 6CO 2 + 6H 2 O + Energía lumínica C 6 H 12 O 6 + 6O 2 Energía lumínica ATP (Energía)

96 Slide 96 / 141 Fotosíntesis y respiración Energía lumínica ATP (Energía) Excepto para un pequeño número de bacteriasa que viven de reacciones químicas en un entorno extremo, la energía para toda la vida en la Tierra proviene de esos procesos... de la energía solar. A pesar de que no todos los organismos experimentan la fotosínteis, los productos que los plantas producen son utilizados en reacciones que los consumidores utilizan. De esta manera, podemos decir que.. Todos somos energía solar en potencia!

97 Slide 97 / Cuáles son los reactivos de la respiración celular? A B C D Oxígeno y agua Glucosa y dióxido de carbono Glucosa y agua Glucosa y oxígeno

98 Slide 98 / Cuáles son los productos de la fotosíntesis? A B C D Glucosa y oxígeno Oxígeno y agua Glucosa y dióxido de carbono Dióxido de carbono y agua Respuesta

99 Slide 99 / Cuáles son los reactivos de la fotosíntesis? A B C D Dióxido de carbono y agua Oxígeno y agua Glucosa y oxígeno Glucosa y dióxido de carbono Respuesta

100 Slide 100 / La fotosíntesis energía mientras que la respiración celular energía A B C D consume, produce produce, consume produce, produce consume, consume Respuesta

101 Slide 101 / 141 Nuestras preguntas originales Cuál es la fuente de glucosa? De dónde vino el oxígeno que flotaba en la Tierra hace 2.5 Billones de años atrás?

102 Slide 102 / 141 Fotosíntesis Los productos de la fotosíntesis son: oxígeno (O 2 ) glucosa (C 6 H 12 O 6 ) La fotosíntesis produce la glucosa que alimenta a la respiración, y, finalmente, a todos nosotros. La fotosíntesis también produjo el oxígeno que llenó la atmósfera e hizo posible la vida compleja, como la conocemos ahora.

103 Slide 103 / 141 La catástrofe del oxígeno La fotosíntesis y el aporte de oxígeno a la atmósfera de la Tierra, comenzaron alrededor de 2.5 billones de años atrás y tuvo su mayor impacto alrededor de 2.0 billones de años atrás. Esto se llamó la catástrofe del oxígeno porque causó la extinción de un gran número de anaerobios obligados. Algunos sobreviven hoy en día, pero sólo en lugares donde no estén expuestos a la atmósfera.

104 Slide 104 / 141 Fotosíntesis 6CO 2 + 6H 2 O + Energía luminosa C 6 H 12 O 6 + 6O 2 Esta simple ecuación resume el resultado de la fotosíntesis: sus reactivos y productos. Sin embargo, los procesos que hacen posible la fotosíntesis no son muy simples. Al igual que las cuatro etapas de la respiración resultan en una ecuación simple, el proceso en sí es complicado. Del mismo modo, el proceso de fotosíntesis es complicado. Y en cierto modo similar a los pasos de la respiración, pero al revés.

105 Slide 105 / En la comparación de la respiración aeróbica con la fotosíntesis, qué afirmación es verdadera? A B C D el oxígeno es un producto de desecho en la fotosíntesis, pero no en la respiración la glucosa se produce en la respiración pero no en la fotosíntesis el dióxido de carbono se forma en la fotosíntesis pero no en la respiración el agua se forma en la fotosíntesis pero no en la respiración Respuesta

106 Slide 106 / 141 NADPH Durante la respiración las moléculas de NAD + y FAD se usan para almacenar energía. La fotosíntesis usa la molécula NADP +, que es muy parecido al NAD +, para almacenar energía, y convertirlo entre sus dos etapas La forma reducida del NADP + es el NADPH.

107 Clorofila Slide 107 / 141 La fotosíntesis depende también de la clorofila, una molécula que absorbe la luz roja y azul-violeta y la utiliza para exitar a los electrones y llevarlos a un nivel de energía más alto. La Clorofila le da a las plantas su color verde.

108 Slide 108 / 141 Tilacoides La clorofila se encuentra en los tilacoides, que son estructuras unidas a las membranas de las células fotosintéticas.

109 Slide 109 / El NAD + es al NADP + como el NADH es al. A NADP 2+ B NADP C NADPH D NADPH 2

110 Slide 110 / Cuál de las siguientes se encuentra almacenada en los tilacoides? A ATP B clorofila C NADH D NADPH Respuesta

111 Slide 111 / 141 Dos tipos de fotosíntesis Hay dos tipos de fotosíntesis: Transporte cíclico de energía Transporte no cíclico de energía

112 Slide 112 / 141 Transporte cíclico de energía El transporte cíclico de energía fue probablemente el primer tipo de fotosíntesis que se originó No forma glucosa, sólo convierte la energía solar en ATP.

113 Slide 113 / 141 Fotosistema I Transporte cíclico de energía El transporte cíclico de energía utiliza el Fotosistema I, un complejo proteico incrustado en la membrana tilacoide para convertir la energía luminosa en ATP. Cadena de Transporte de Electrones e - e- ATP Sintasa ADP + P i ATP Energía de las moléculas e - clorofila e - Este proceso es "cíclico" porque los electrones finales vuelven a la clorofila después de la generación del ATP. fotón

114 Slide 114 / El transporte no cíclico de energía surgió antes del transporte cíclico de energía. Verdadero Falso Respuesta

115 Slide 115 / Cuál de las siguientes afirmaciones sobre el transporte cíclico de energía es verdadero? A El transporte cíclico de energía requiere agua B La glucosa se produce por transporte cíclico de energía C El transporte cíclico de energía reduce el NADP + D La energía lumínica se convierte en energía química durante el transporte cíclico de energía.

116 Slide 116 / 141 Transporte no cíclico de energía Hay dos grandes etapas en el transporte no cíclico de energía: Reacciones dependientes de la luz Reacciones independientes de la luz (Ciclo de Calvin )

117 Slide 117 / 141 Reacciones dependientes de la luz Las reacciones dependientes de la luz se producen en las estructuras unidas a la membrana llamados tilacoides Es necesario contar con una superficie de la membrana que separa el interior del exterior de un volumen cerrado, los tilacoides proporcionan esto. El interior se llama el lumen; el exterior se llama el estroma.

118 Slide 118 / 141 Reacciones dependientes de la luz Las reacciones dependientes de la luz usan energía lumínica y agua para formar ATP, NADPH, y oxígeno gaseoso. 2 H 2 O + 2 NADP ADP + 3 P i O 2 + 2NADPH + 3 ATP Este proceso requiere 2 fotosistemas, el fotosistema II y el fotosistema I. Se presentan en este orden ( fueron nombrados en el orden en que fueron descubiertos).

119 Slide 119 / 141 Tilacoides Esto muestra la membrana, que separa el estroma del lumen, los dos fotosistemas y las enzimas, la ATP sintasa y la NADP reductasa. Las reacciones de luz usarán el Fotosistema II y el Fotosistema I para crear un exceso de protones en el estroma, y un déficit en el lumen. La única forma en que los protones puedan volver al lumen, es a través de la ATP sintasa, para producir ATP.

120 Slide 120 / 141 Fotosistema II En primer lugar, el Fotosistema II absorbe la luz y da energía a los electrones, dividiendo una molécula de agua en el proceso. Aquellos se utilizan para bombear protones a través de la membrana, creando una diferencia de potencial eléctrico que se utiliza para crear ATP. Fotosistema II Cadena de transporte de electrones ADP + P i e - e- ATP Sintasa ATP Energía de las moléculas H 2 O O 2 + 2H + e - e - clorofila e - al fotosistema I fotón

121 Slide 121 / 141 Fotosistema I Entonces, el fotosistema I absorbe más luz y re-energiza los electrones. Se utilizan para almacenar energía mediante el uso de NADP reductasa para reducir el NADP + a NADPH (adición de electrones al NADP +, en lugar de devolverlos a la clorofila como en el transporte cíclico de energía). Fotosistema I e - e - NADP Reductasa NADP+ NADPH Energía de las moléculas desde el fotosistema II e - e - clorofila fotón

122 Slide 122 / El interior del tilacoide se llama la y el exterior se denomina. A B lumen, estroma estroma, lumen Respuesta

123 Slide 123 / Las reacciones dependientes de la luz producen ATP y NADPH por cada O 2 producido. A 1, 1 B 2, 3 C 3, 2 D 2, 4

124 Slide 124 / El agua se divide, liberando O 2, en cuál complejo de proteínas? A el fotosistema I B el fotosistema II C ATP sintasa D NADP reductasa Respuesta

125 Slide 125 / 141 Reacciones independientes de la luz El ATP y el NADPH formados durante las reacciones dependientes de la luz avanzan hacia las reacciones independientes de la luz. Las reacciones independientes de luz también se conocen como Ciclo de Calvin o reacciones oscuras. Estas reacciones pueden ocurrir con luz o en oscuridad, por lo tanto oscuras no es un nombre preciso. El ciclo de Calvin utiliza el ATP y el NADPH para convertir el CO 2 en glucosa (C 6 H 12 O 6 ) en un proceso de múltiples fases.

126 Slide 126 / 141 Reacciones independientes de la luz En 3 vueltas del ciclo usamos 9 ATP, 6 NADPH y 3 CO 2 para formar un azúcar de 3 carbonos

127 Slide 127 / 141 Reacciones independientes de la luz Para formar una molécula de glucosa, de 6 carbonos se requieren: 18 ATP 12 NADPH y 6 CO 2

128 Slide 128 / 141 El Ciclo del carbono El ciclo de Calvin también se llama fijación de carbono. Esto significa que el carbono, un gas en la atmósfera, en forma de CO 2, se convierte en un sólido como la glucosa. Cuando se utiliza la glucosa en la respiración, el carbono se libera a la atmósfera nuevamente. Este proceso de fijación y liberación de carbono se llama el ciclo del carbono. El carbono no se crea ni se destruye, pero los circula a través del medio ambiente.

129 Slide 129 / 141 Transporte de energía ciclica vs. no cíclica Las reacciones luminosas producen cantidades iguales de ATP y NADPH, pero el ciclo de Calvin utiliza más ATP (18) que el NADPH (12) para hacer una molécula de glucosa. Para tener suficiente ATP, los organismos fotosintéticos usan el transporte cíclico de energía para crear el ATP necesario.

130 Slide 130 / El dióxido de carbono se fija en forma de glucosa en A el ciclo de Krebs B las reacciones dependientes de la luz C el ciclo de Calvin D el transporte cíclico de energía

131 Slide 131 / En qué etapa de la fotosíntesis son el ATP y el NADPH convertidos a ADP + Pi y NADP +? A reacciones dependientes de la luz B reacciones independientes de la luz C fotosistema I D fotosistema II Respuesta

132 Slide 132 / Cuál de las siguientes afirmaciones sobre la fotosíntesis es verdadera? A B C Las reacciones dependientes de la luz sólo pueden ocurrir a la luz, las reacciones independientes de luz sólo pueden ocurrir en la oscuridad. El transporte cíclico de energía es más eficiente en la producción de glucosa que el transporte no cíclico de energía. Las reacciones dependientes de la luz producen ATP que se utiliza para alimentar el ciclo de Calvin. D El transporte cíclico de energía sólo lo producen las bacterias.

133 Slide 133 / El ciclo de Calvin es una vía anabólica. Verdadero Falso Respuesta

134 Slide 134 / 141 Cambio climático global El ciclo del carbono juega un papel clave en el cambio climático global. La fotosíntesis libera oxígeno al aire, sino que también retiene el CO 2 del aire. El CO 2 es un gas de efecto invernadero, que absorbe la luz infrarroja que de otro modo se llevaría el calor de la Tierra, al espacio; enfriando la Tierra

135 Slide 135 / 141 Cambio climático global Si no fuera por el CO2 y otros gases de efecto invernadero, la Tierra sería mucho más fría, tal vez demasiado fría para sostener la vida tal como la conocemos. Los gases de efecto invernadero son esenciales para la vida. Sin embargo, la cantidad de gases de efecto invernadero en la atmósfera de la Tierra es crítica para mantener una temperatura media constante en el planeta.

136 Slide 136 / 141 Cambio climático global Una gran cantidad de carbono estaba atrapado bajo la superficie de la Tierra por las formas de vida que murieron durante muchos millones de años, llevando al carbono fuera del ciclo del carbono. Eso redujo el CO 2 en la atmósfera, y esta reducción hizo que disminuyera la temperatura de la Tierra permitiendo al calor salir, lo que llevó a nuestra temperatura actual.

137 Slide 137 / 141 Cambio climático global Los hidrocarburos que usamos para obtener energía (gas natural y petróleo) se formaron a partir de la descomposición de animales y plantas que murieron hace mucho tiempo. Cuando se queman estos combustibles, se libera CO2 que vuelve hacia la atmósfera, haciendo que aumenten demasiado los gases de efecto invernadero.

138 Slide 138 / 141 Cambio climático global Como resultado, más calor está siendo atrapado en la atmósfera, y el balance de la energía que llega a la Tierra del Sol y la liberada desde la Tierra como radiación infrarroja está cambiando. Esto está causando que la temperatura media de la Tierra aumente. El efecto de este aumento de temperatura no es que la temperatura sube en todos los lugares ni en todos los años necesariamente. Pero se prevé que habrá grandes cambios en el clima en el futuro, con los cambios que acompañan en el nivel del mar, cultivos, plantas y la vida animal, etc.

139 Slide 139 / Los gases de efecto invernadero son peligrosos y deberían ser reducidos tanto como sea posible. Verdadero Falso Respuesta

140 Slide 140 / El carbono fue usado a partir del ciclo del carbono, reduciendo el CO 2 en el aire, a medida que A B C D E la cantidad de vida en la Tierra disminuía los animales morían y quedaban enterrados comenzó la fermentación todos los de arriba Ninguno de los de arriba Respuesta

141 Slide 141 / Un invierno muy caluroso estaría indicando que está ocurriendo un cambio climático global. Verdadero Falso Respuesta