Anabolismo autótrofo

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1 Anabolismo autótrofo 1

2 Fotosíntesis Conversión de E lumínica en E química y almacenada en moléculas orgánicas Gracias a pigmentos fotosintéticos Fotosíntesis oxigénica: liberación de O 2 a la atmósfera. Plantas, algas y cianobacterias Fotosíntesis bacteriana: liberación de S. Bacterias púrpuras y verdes del azufre. Fotosíntesis primigenia 2

3 Estructuras fotosintetizadoras 3

4 Cloroplastos: Aprox 30-40/célula /mm 2 hoja Cianobacterias: no tienen cloroplastos, sólo tilacoides en el citoplasma Bacterias que realizan la fotosíntesis anoxigénica: ni cloroplastos ni tilacoides, sólo clorosomas (con bacterioclorofila) 4

5 Cloroplasto 5

6 6

7 7

8 Fotosistemas 8

9 Antena: cl α, cl β, carotenoides Centro de reacción: pigmento diana inicia reacción redox Primer donador de e - : repone los e - perdidos por el pigmento diana Antena Fotosistema I (PSI) Pigmento diana: cl P700 (λ 700nm) No puede obtener e - del H 2 O En tilacoides del estroma Fotosistema II (PSII) Cl P680 (λ 680nm) Puede obtener e - del H 2 O En tilacoides de grana Aparato fotosintetizador: Fotosistemas + Cadena transporte e - + ATP-sintetasas E de excitación Pigmento diana 9

10 Fotosíntesis de compuestos de C 6 CO H 2 O + E luminosa C 6 H 12 O CO H 2 O Fase luminosa o fotoquímica 10 Fase oscura o biosintética

11 Fase luminosa acíclica ph = 8 ADP + Pi ATP + H 2 O H 2 O + ½ O 2 2 H e - ph = 5 Diferencia de potencial electroquímico: se resuelve según la hipótesis quimioosmética de Mitchell salida de H + mediante ATP-sintetasas síntesis de ATP 11

12 Balance energético fase luminosa acíclica La hidrólisis de una molécula de H 2 O genera 1,33 (4/3) ATP: 2 H + por cada NADP que se reduce 4 H + al tilacoide 3 H + salen por ATP-asa para generar 1 ATP 4 hν 1,3 (ADP + P) 1,3 ATP NADP + H 2 O--- ½ O H e H e NADPH + H + En fase oscura se necesitan 1,5 ATP por cada NADPH + H + por lo que precisamos de la fase luminosa cíclica 12

13 Fase luminosa cíclica Sólo cuando se ilumina con luz de λ mayor de 680 nm Se puede dar a la vez que fase acíclica Obtener ATP para la fase oscura Cl P700 λ > 680 nm (rojo lejano) 13

14 Pigmentos fotosintétios y absorción de luz Lípidos unidos a proteínas presentes en las membranas tilacoidales Clorofilas y carotenoides en plantas Además ficocianina y ficoeritrina en cianobacterias y algas rojas Bacterioclorofila en bacterias fotosintéticas Cl a absorbe λ 683 nm y Cl b λ 660 nm Carotenoides (carotenos y xantófilas) λ 440 nm Según la λ de la luz incidente se excita un pigmento u otro Base del aprovechamiento de la luz para iniciar reacciones químicas: Resonancia Excitación Relajación 14

15 Fase oscura o biosintética Síntesis de compuestos de C (Ciclo de Calvin) ATP y NADPH de la fase luminosa para sintetizar materia orgánica No necesita luz pero sucede durante el día (en el estroma) CO 2 : fuente de C NO 3- : fuente de N SO -2 4 : fuente de S 2 procesos: Fijación de CO 2 (CO 2 + ribulosa-1,5-difosfato = 2 APG) Reducción del CO 2 fijado (APG se reduce a gliceraldehido-3-fosfato) G3P puede seguir 3 vias: 1. Regeneración ribulosa-1,5-difosfato 2. Síntesis de almidón, ácidos grasos y aminoácidos 3. Síntesis de glucosa y fructosa (fuera de cloroplasto) sacarosa 15

16 16

17 Balance fotosíntesis oxigénica del C 48 hν 17

18 Fotosíntesis de compuestos orgánicos con N A partir de iones NO 3- disueltos en el suelo Reducción en 3 etapas gracias al ATP de fase luminosa: 1. NO 3 - a NO 2- en citosol por nitrato reductasa con desprendimieto de NADH 2. NO 2- a NH 3 en cloroplastos por nitrito reductasa con e - aportados por Fd 3. NH 3 (tóxico para la planta) + ácido α-cetoglutárico ác. glutámico. Catalizado por glutamato sintetasa con consumo de 1 ATP 18

19 Fotosíntesis de compuestos orgánicos con S NADPH + H + NADP + 6Fd red + 8H + 6Fd red + 3H 2 O Acetilserina Acetato SO 4-2 SO 3-2 H 2 S 3 ATP 3(ADP+P) Cisteína NADPH y ATP provienen de fase luminosa Ión sulfato se reduce a sulfito Sulfito a sulfuro de H con electrones aportados por la ferredoxina Cisteína pasa a formar parte de la materia orgánica celular 19

20 Fotorrespiración Sucede en ambiente cálido y seco Estomas se cierran para evitar pérdida de H 2 O [O 2 ] Ribulosa-difosfato-carboxilasa-oxidasa degrada la ribulosa-1,5-difosfato necesaria para captar CO 2 Puede reducir hasta un 50% la capacidad fotosintética de la planta 20

21 Ruta de Hatch-Slack o de las plantas C4 Proceso para captar CO 2 en plantas tropicales (C4) 2 tipos de cloroplastos: en células internas (limítrofes con vasos conductores de hojas) y en mesófilo: PEP (aceptor CO2) fosfoenol-piruvato-carboxilasa PEP + CO 2 ác. oxalacético (4C) ác. málico a cloroplastos de células internas: liberación de CO 2 e incorporación al ciclo de Calvin En plantas C4 no hay efectos perjudiciales debidos a la fotorespiración 21

22 Plantas C4 22

23 Factores que influyen en el rendimiento de la fotosíntesis Temperatura [CO 2 ] [O 2 ] Intensidad luminosa Absorción de luz de diversos pigmentos fotosintéticos según la λ Escasez de H 2 O 23

24 Quimiosíntesis Síntesis de ATP a partir de E desprendida en oxidación substancias inorgánicas Realizada por organismos quimioautótrofos o quimiolitótrofos (bacterias) Utilizan compuestos reducidos (NH 3 y H 2 S) procedentes de la descomposición de materia orgánica Transformación en substancias minerales (NO 3- y SO 4-2 ) que son absorbidas por las plantas Fases 1ª Fase: obtención de ATP y NADH 2ª Fase: síntesis de compuestos orgánicos Tipos de bacterias quimiosintéticas: (según el substrato utilizado) Bacterias incoloras del azufre (aerobias) Bacterias del nitrógeno: Nitrosificantes (NH 3 a NO 2- ) Nitrificantes (NO 2- a NO 3- ) Bacterias del hierro Bacterias del hidrógeno (quimioautótrofos facultativos) 24

25 Organismos fijadores de Nitrógeno Bacterias (Azotobacter, Clostridium, Rhizobium, Rhodospirillum) y cianobacterias fijan N atmosférico gracias a nitrogenasas n ATP n (ADP + Pi) N 2 + (6 e- + 6 H + ) 2 NH 3 25

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