1.- FORMAS DE NUTRICIÓN EN LOS ORGANISMOS. Cualquier organismo necesita para vivir:

Transcripción

1 1.- FORMAS DE NUTRICIÓN DE LOS ORGANISMOS 2.- FOTOSÍNTESIS (I): PIGMENTOS Y FOTOSISTEMAS 3.- FOTOSÍNTESIS (II): FASE LUMÍNICA 4.- FOTOSÍNTESIS (III): FASE OSCURA 5.- FACTORES QUE INTERVIENEN EN LA FOTOSÍNTESIS 6.- QUIMIOSÍNTESIS 7.- OTRAS RUTAS ANABÓLICAS

2 1.- FORMAS DE NUTRICIÓN EN LOS ORGANISMOS Cualquier organismo necesita para vivir: 1. Una fuente de CARBONO (para construir el esqueleto de sus biomoléculas) - CO 2 ambiental AUTÓTROFOS - Moléculas orgánicas HETERÓTROFOS 2. Una fuente de HIDRÓGENO (e - ) (para reducir moléculas) - H 2 O, H 2 S 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) - O 2 AEROBIOS - OTRA SUSTANCIA ANAEROBIOS 5. Un suministro de H 2 O y SALES MINERALES (N para construir proteínas)

3 FUENTE DE ENERGÍA FOTÓTROFOS (Luz) QUIMIÓTROFOS (Energía química) LITÓTROFOS (H 2 O, H 2 S) FOTOLITÓTROFOS (bacterias fotosintéticas del azufre, vegetales con clorofila) QUIMIOLITÓTROFOS (bacterias quimiosintéticas) AUTÓTROFOS (CO 2 ) ORGANÓTROFOS (Moléculas complejas) FOTOORGANÓTROFOS (bacterias purpúreas no sulfurosas) QUIMIOORGANÓTROFOS (otras bacterias, animales y hongos) HETERÓTROFOS (Materia orgánica) FUENTE DE HIDRÓGENO ÚLTIMO ACEPTOR DE H (e - ) FUENTE DE CARBONO AEROBIOS (Oxígeno) ANAEROBIOS (Otras sustancias) SUMINISTRO DE NITRÓGENO Para fabricar proteínas

4 2.- PIGMENTOS Y FOTOSISTEMAS Pigmentos fotosintéticos: Son moléculas que absorben luz y se sitúan en la membrana de los tilacoides formando los FOTOSISTEMAS (junto con proteínas específicas)

5 Pigmentos fotosintéticos: TIPOS DE PIGMENTOS: - CLOROFILA a, b y c - CAROTENOIDES ESTRUCTURA DE LA CLOROFILA: Anillo de porfirina: absorbe la luz, los e - forman una nube a su alrededor Cadena hidrófoba de fitol: mantiene a la clorofila en la membrana fotosintética Fotosistemas: Son un conjunto de pigmentos fotosintéticos ( 300) + proteínas específicas Actúan a modo de ANTENA para atrapar fotones de diferente longitud de onda

6 Fotosistemas: TIPOS DE FOTOSISTEMAS: Fotosistema I (PS I): En membranas de tilacoides no apilados en contacto con el estroma Fotosistema II (PS II): En los grana

7 FOTOSÍNTESIS FASE LUMÍNICA Conjunto de reacciones dependientes de luz LUGAR: membranas tilacoidales OBJETIVOS: Los e - liberados en los PS se utilizan para NADP + NADPH Cadenas Transportadora de e - Energía síntesis ATP (FOTOFOSFORILACIÓN) FASE OSCURA Conjunto de reacciones independientes de luz LUGAR: estroma OBJETIVO: Se aprovecha el ATP y el NADPH para obtener BIOMOLÉCULAS (FIJACIÓN DEL CARBONO)

8 3.- FASE LUMÍNICA -0,4 De esta fase lumínica vamos a obtener ATP y NADPH+H: -0,2 0 A o A o A 1 A 1 F x F x F A F A F B F B Ferredoxina Ferredoxina NADPH Feofitina NADP + +0,2 Feofitina Q A 2e - +0,4 +0,6 +0,8 Luz H 2 O Fotólisis 2e - P 680 PS II 2e - Q A En los grana, máxima absorción a 680 nm Q B Fotones Q B ADP + P i Cit b 6f ATP Cit b 6f P c P c P 700 PS I En los tilacoides aislados, máxima absorción a 700 nm Fotones

9 Fotofosforilación (síntesis de ATP) : Es prácticamente idéntica a la de la mitocondria Los H + van de la matriz mitocondrial espacio intermembrana Los H + vuelven espacio intermembrana matriz mitocondrial (ATP-sintetasa) El complejo ATP-sintetasa se localiza en la cara estromática de la membrana tilacoidal Puede ser: CÍCLICA ( sólo interviene el PS-I) NO-CÍCLICA ( intervienen los 2 PS: PS-II al PS-I)

10 Fotofosforilación NO cíclica: se forma NADPH y ATP Es el camino explicado hasta ahora Excitación PS-II Citocromo b6f PS-I Ferredoxina Síntesis de NADPH y ATP Los H + son bombeados hacia el interior del tilacoide se crea un gradiente electroquímico se genera fuerza protomotriz Los H + atraviesan la ATP-sintetasa hacia el estroma, fosforilando ADP + Pi ATP (4H + 1ATP)

11 fotofosforilación no cíclica Estroma H + Luz Luz OH - OH - OH - H + OH - H + NADP + NADPH ATP ADP + P i H + Fe P 680 Q A Cit b 6f Membrana tilacoidal P 700 Q B H 2 O 2e - PS II H + H + Pc PS I H + H + Espacio tilacoidal 2 H + H + 1/2 O 2 Se produce en las membranas tilacoidales. La energía captada permite romper la molécula de H 2 O que produce O 2, 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 4H + para fabricar un ATP. Intervienen los 2 fotosistemas.

12 Fotofosforilación cíclica: se forma ATP Puede ocurrir que haya transporte cíclico de e - independiente del PS-II: Fotones estimulan el PS-I 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 H 2 O

13 fotofosforilación cíclica Se produce en las membranas tilacoidales. No se reduce NADP + a NADPH, ni se rompen moléculas de H 2 O por lo que no se produce O 2. Sólo intervienen el Fotosistema I que al excitarse deslocaliza los e - hacia la ferredoxina y, desde esta, al Cit b6f que sí transporta H + hacia el interior de los tilacoides. Se utilizan 4H + para fabricar un ATP pasando por la ATPasa. Estroma H + Fe Luz e - Cit b 6f PS I Espacio tilacoidal H + Pc

14 4.- FASE OSCURA (Ciclo de Calvin o C 3 ) Conjunto de reacciones cíclicas Independientes de luz LUGAR: estroma OBJETIVO: FASES: Se aprovecha la ENERGÍA (ATP) y PODER REDUCTOR (NADPH) obtenidos en la fase luminosa para sintetizar glúcidos sencillos (FIJACIÓN DEL CARBONO) Compuesto inicial: ribulosa-1,5-bisfosfato (RuBP) (compuesto de 5C) RuBP + CO 2 ácido 3-fosfoglicérico (PGA) (compuesto de 3C vía C 3 ) Ribulosa 1,5 bisfosfato carboxilasa oxigenasa (RUBISCO) PGA 6 moléculas de gliceraldehído-3-fosfato (GAP) 5 moléculas se reciclan a RuBP NADPH NADP + ATP ADP + Pi (obtenidos en la fase luminosa) GLUCOSA 1 molécula se usa para sintetizar glúcidos en el citosol Gluconeogénesis FRUCTOSA

15 fase oscura (Ciclo de Calvin) La RUBISCO o Ribulosa bisfosfato carboxilasa es la enzima más abundante del planeta. 3CO 2 3C ADP + P i Ribulosa bifosfato 3 RuBP RUBISCO 3-fosfoglicérico 6 PGA ATP 6 ATP Ribulosa 3 RuP fosfato Son necesarios 2 ciclos completos para poder sintetizar 2 GAP que se utilizarán para fabricar 1 glucosa: 6 CO ATP + 12 NADPH 1glucosa + 18 ADP + 12 NADP = 15C Gliceraldehído -3-fosfato 5 GAP 1 GAP 1 GAP 3C 6 3 =18C Gliceraldehído -3-fosfato 6 GAP 1,3-bifosfoglicérico 6 BPG GLUCOSA ADP + P i NADPH NADP + 6

16 RESUMEN de la FOTOSÍNTESIS : Condiciones Dónde? Qué ocurre? Resultados Reacciones que capturan energía Reacciones de fijación del Carbono Luz Tilacoides - La luz que incide sobre el Fotosistema II lanza electrones cuesta arriba. - Estos electrones son reemplazados por electrones de moléculas de H 2 O que liberan O 2 - Los electrones pasan a lo largo de la cadena de transporte de electrones, al Fotosistema I y, de este al NADP + que se reduce formando NADPH - Como resultado de este proceso se forma un gradiente de potencial electroquímico a partir del cual se produce ATP No requieren luz (aunque algunas enzimas son reguladas por ella) Estroma CICLO DE CALVIN BELSON: -El NADP + y el ATP de las fases anteriores se utilizan para reducir el CO 2. - Se produce Gliceraldehído fosfato a partir del cual pueden formarse glucosa y otros compuestos orgánicos La energía de la luz se convierte en energía química que se almacena en enlaces de ATP y NADPH La energía química del ATP y NADPH se usa para incorporar Carbono a moléculas orgánicas

17 BALANCE ENERGÉTICO La obtención de moléculas de azúcar tiene un elevado consumo energético Para sintetizar 1 HEXOSA, se requieren: 6 CO2 12 NADPH 18 ATP 6 CO NADPH + 12 H ATP 1 Hexosa + 12 NADP ADP + 18 P i

18 FOTORRESPIRACIÓN La RUBISCO es una enzima compleja capaz de realizar la reacción en sentido contrario, consumiendo O 2. Invierte su actividad: fija O2 y desprende CO2 Se reduce la eficiencia de la fotosíntesis. Esto puede ocurrir cuando la [CO 2 ] < [O 2 ]: por ejemplo, si se cierran los estomas porque hace calor o hay poco agua en el suelo. Las Plantas C 4 han conseguido reducir este problema almacenando el CO 2 en ciertos tejidos de sus hojas (mesófilo) y la RUBISCO en otra zona diferente de manera que mantienen la relación entre las concentraciones de los dos gases en condiciones adecuadas para evitar la fotorrespiración. Esto implica cierto gasto de ATP pero resulta beneficiosa en el rendimiento final. Este es el caso del maíz y la caña de azúcar Las Plantas CAM son plantas de hojas suculentas típicas de ambientes calurosos y secos que tienen otro sistema para optimizar el proceso fotosintético y reducir la pérdida de agua: - Por la noche, abren los estomas y almacenan el CO 2 mediante el sistema C 4 - Durante el día, cierran los estomas, liberan el CO 2 almacenado y se produce la fotosíntesis

19 5.- FACTORES QUE INTERVIENEN EN LA FOTOSÍNTESIS Hay diferentes factores que afectan a la eficacia fotosintética: [CO 2 ] ambiental [O 2 ] ambiental Humedad Temperatura Intensidad Luminosa Tipo de luz

20 5.- FACTORES QUE INTERVIENEN EN LA FOTOSÍNTESIS El aumento de CO 2 incrementa el rendimiento de la fotosíntesis. Hay un valor máximo de asimilación para cada organismo. mm 3 de O 2 /hora Concentración de CO 2 (mol/l) 123 lux 21,9 lux 6,31 lux 1,74 lux 0,407 lux El aumento de O 2 disminuye la eficacia de la fotosíntesis. Se produce la fotorrespiracíón (RUBISCO invierte su actividad durante el día, fija O 2 y desprende CO 2 ) Asimilación de CO 2 (mol/l) ,5% O 2 20% O Intensidad de la luz (x10 4 erg/cm 2 /seg)

21 Al disminuir la humedad se produce una sensible disminución de la fotosíntesis, se cierran los estomas para reducir la pérdida de agua y se reduce la asimilación de CO 2. Intensidad fotosintética Humedad El rendimiento fotosintético aumenta con la temperatura hasta un punto máximo que es la Tª óptima de actividad enzimática. mm3 de O 2 /hora Temperatura ( o C)

22 La fotosíntesis es proporcional a la intensidad de luz hasta un punto en el que su rendimiento se estabiliza según cada pigmento. Intensidad fotosintética Planta de sombra Planta de sol Intensidad luminosa Longitud de onda. El rendimiento óptimo se realiza con luz roja (680 nm) o azul (400 nm). Por encima de 700 nm deja de actuar el PSII y disminuye bruscamente. Tasa relativa de fotosíntesis Longitud de onda (nm)

23 6.- QUIMIOSÍNTESIS Nutrición AUTÓTROFA que no depende de luz, sino de energía química que obtiene de la oxidación de sustancias inorgánicas sencillas QUIMIOLITÓTROFOS Exclusivo de BACTERIAS Se clasifica en: QUIMIOSÍNTESIS DEL NITRÓGENO QUIMIOSÍNTESIS DEL AZUFRE QUIMIOSÍNTESIS DEL HIERRO QUIMIOSÍNTESIS DEL HIDRÓGENO

24 7.- OTRAS RUTAS ANABÓLICAS Síntesis de aminoácidos Generalmente tomamos los aminoácidos en la dieta ingiriendo proteínas de otros animales, de las plantas o los hongos no todos los podemos obtener de la dieta Los aminoácidos que una especie animal no puede sintetizar son llamados esenciales y el organismo decimos que es auxótrofo. Los humanos somos auxótrofos para 9 aminoácidos esenciales PARA SER SINTETIZADOS ES NECESARIO: - Una fuente de nitrógeno (captado de la atmósfera y transformado a NO 3 por bacterias del N) - El esqueleto carbonatado procede de múltiples intermediarios de la glucólisis y el ciclo de Krebs.

25 Gluconeogénesis Síntesis de GLUCOSA en organismos heterótrofos a partir de: Ácido láctico Aminoácidos Metabolitos del ciclo de Krebs OBJETIVO: mantener los niveles adecuados de glucosa para satisfacer los requerimientos metabólicos del organismo. Tiene lugar en hígado y parte del riñón. Este proceso no sigue siempre el camino inverso de la glucolisis pero sí participan algunas enzimas. BALANCE ENERGÉTICO: Cuesta más producir glucosa a partir del ácido láctico que lo que se obtiene en su degradación. Es ventajosa ya que evita la excesiva acumulación de ácido láctico en las células musculares cuando hay insuficiente oxigenación.

26 Gluconeogénesis Vs Glucólisis

27 ANTECEDENTES PAU: 2003 Junio : localización intracelular del Ciclo de Calvin; 2004 Septiembre : fotofosforilación cíclica y no cíclica; 2005 Junio : ciclo de Calvin, papel biológico, localización intracelular; diferencias entre fotosíntesis y quimiosíntesis; 2007 Septiembre : fotosíntesis, definición, ecuación básica del proceso y factores que influyen; 2008 Junio : fase luminosa, compuestos sintetizados, fijación de CO 2 y localización intracelular; fotosíntesis, factores que influyen en su rendimiento; 2009 Junio : comparación entre el metabolismo autótrofo y el heterótrofo; 2009 Septiembre : cloroplastos, esquema y estructuras implicadas en las fases de la fotosíntesis; pigmentos fotosintéticos, función; comparación entre fotosíntesis y quimiosíntesis; 2010 Junio : Importancia de la fotosíntesis en el mantenimiento de la vida;