Chapter 8 BIOLOGÍA. Procesamiento de Energía. Metabolismo y ATP. Slide 2 / 141. Slide 1 / 141. Slide 3 / 141. Slide 4 / 141.

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1 Slide 1 / 141 New Jersey enter for Teaching and Learning Iniciativa de iencia Progresiva Este material está disponible gratuitamente en y está pensado para el uso no comercial de estudiantes y profesores. No puede ser utilizado para cualquier propósito comercial sin el consentimiento por escrito de sus propietarios. NJTL mantiene su sitio web por la convicción de profesores que desean hacer disponible su trabajo para otros profesores, participar en una comunidad de aprendizaje profesional virtual, y /o permitir a padres, estudiantes y otras personas el acceso a los materiales de los cursos. Slide 2 / 141 IOLOGÍ Procesamiento de Energía Octubre lick para ir al sitio web: Slide 3 / 141 Vocabulario liquea sobre cada palabra de abajo para ir a la definición. cetil o- adena transportadora de electrones eróbico Fermentación alcohólica Vía anabólica naerobio facultativo naeróbico FH2 TP Fermentación Síntesis de TP Glicólisis iclo de alvin iclo de Krebs Vía catabólica Fermentación ácido-láctica Respiración celular Reacciones dependientes de la luz lorofila iclo del ácido cítrico Reacciones independientes de la luz Metabolismo Transporte electrónico NH ceptor de electrones NPH Slide 5 / 141 Procesamiento de la Energía Temas de unidad lick en el tema par ir a esta sección Slide 4 / 141 Vocabulario liquea sobre cada palabra de abajo para ir a la definición. Transporte no cíclico de energía erobio obligado naerobio obligado Oxidación Fosforilación oxidativa Fosforilación Fotosíntesis Fotosistema I Fotosistema II Piruvato escarboxilación del piruvato Reducción Tilacoide Slide 6 / 141 hapter 8 Metabolismo y TP Metabolismo y TP Respiración elular Fermentación Fotosíntesis Volver a la tabla de contenidos

2 Slide 7 / 141 Vías metabólicas Slide 8 / 141 Vías metabólicas El Metabolismo es la totalidad de las reacciones químicas de un organismo. El Metabolismo es una propiedad de la vida Una vía metabólica comienza con una molécula específica y finaliza con un producto ada paso se cataliza por una enzima específica Sin enzimas las vías metabólicas avanzarían muy lentamente enzima 1 enzima 2 enzima 3 Reacción 1 Reacción 2 Reacción 3 Molécula Inicial Producto Slide 9 / 141 Vías metabólicas Slide 10 / 141 Vías catabólicas Existen dos tipos de vías metabólicas Vías atabólicas Vías nabólicas Las Vías atabólicas 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. Reactivos 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 Energía antidad energía libre liberada (ΔG < 0) 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 Productos lick aquí para ver un dispositivo neumónico Progreso de la reacción

3 Slide 13 / 141 Reacción endergónica Slide 14 / 141 Procesos espontáneos Las vías nabólicas 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 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. Energía Productos antidad de energía libre requerida (ΔG > 0) Si el efecto de una reacción es la reducción de G, el proceso se producirá espontáneamente Si G es negativo, la reacción ocurrirá espontáneamente. Reactivos Si G es cero o positivo, esta no ocurrirá espontáneamente. Progreso de la reacción Slide 15 / 141 Energía libre y metabolismo Slide 16 / 141 Suma de reacciones acopladas 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. Reacción no espontánea: #G es positivo Glu + Ácido Glutámico NH3 moníaco Reacción espontánea: ΔG es negativo NH2 Glu #G = +3.4 kcal/mol ΔG = -7.3 kcal/mol TP + H2O P + Pi juntas, las reacciones son espontáneas #G = 3.9 kcal/mol Slide 17 / Una reacción espontánea. Slide 17 (nswer) / Una reacción espontánea. ocurre sólo cuando una enzima u otro catalizador está presente no puede ocurrir fuera de un organismo vivo 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 libera energía cuando actúa en la dirección de avance E es común en las vías anabólicas conduce a una disminución en la entropía del universo E es común en las vías anabólicas conduce a una disminución en la entropía del universo

4 Slide 18 / Las vías anabólicas son y las catabólicas son. espontáneas, no espontáneas endergónicas, exergónicas exergónicas, endergónicas endotérmicas, exotérmicas Slide 18 (nswer) / Las vías anabólicas son y las catabólicas son. espontáneas, no espontáneas endergónicas, exergónicas exergónicas, endergónicas endotérmicas, exotérmicas Slide 19 / uál de las siguientes opciones establece correctamente la relación entre las vías anabólicas y catabólicas? Slide 19 (nswer) / uál de las siguientes opciones establece correctamente la relación entre las vías anabólicas y catabólicas? La degradación de moléculas orgánicas por las vías anabólicas proporciona la energía para conducir las vías catabólicas. 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. 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. Slide 20 / 141 Slide 21 / 141 Energía celular TP 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 Las células pueden almacenar la energía de las vías catabólicas en una molécula llamada TP (adenosin trifosfato ). El TP se puede descomponer más tarde para alimentar reacciones anabólicas.

5 Slide 22 / 141 TP El TP (adenosin trifosfato) incluye tres grupos fosfato (PO 4-3 ). Slide 23 / 141 TP Los grupos fosfato se repelen entre sí, ya que cada uno tiene una carga negativa. ada grupo fosfato tiene una carga iónica de -3e. En este modelo de TP, cada PO 4-3 esta encerrado en un círculo azul. Por lo tanto, se requiere de trabajo para agregar el segundo grupo fosfato; ir de MP (monofosfato) al P (difosfato). Para agregar el tercer grupo, para ir de P al TP (trifosfato), se requiere aún más trabajo, ya que es repelido por ambos grupos fosfato Slide 24 / 141 TP 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. uando el enlace se rompe para ir desde el TP a P, se libera una cantidad significativa de energía. Yendo a partir de P a MP se libera menos energía, ya que hay menos carga total en el P que en el TP. Slide 25 / 141 TP Los enlaces entre los grupos fosfato de la cola del TP se pueden romper por hidrólisis. La energía se libera a partir del TP 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 P inicial. El resultado es un cambio químico a un estado de menor energía libre. Slide 26 / 141 TP Slide 27 / 141 El TP produce trabajo En los sistemas vivos, la energía de la reacción exergónica de la hidrólisis del TP se puede utilizar para conducir una reacción endergónica. En general, las reacciones acopladas son exergónicas. El TP 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 TP.

6 Slide 28 / 141 Slide 29 / 141 El TP Realiza Trabajo TP Membrane protein P Glu P P Proteína motora Trabajo Meánico: TP proteínas motoras fosforiladas Soluto NH2 + NH3 + Glu P i P i P i Proteína movida Soluto transportado Trabajo de Transporte: El TP fosforilado transporta proteínas P + P i La Regeneración del TP El TP es un recurso renovable que se regenera mediante la adición de un grupo fosfato al P La energía para fosforilar el P proviene de reacciones catabólicas en la célula La energía potencial química almacenada temporalmente en TP conduce a mayor trabajo celular ada célula está convirtiendo millones de TP a P y nuevamente cada segundo. Reactivos: Ácido Producto hecho Glutámico (glutamina) y amoníaco Trabajo Químico: el TP fosforila reactivos clave Slide 30 / 141 La Regeneración del TP Slide 31 / Por lo general, la hidrólisis del TP conduce el trabajo celular debido a que. TP libera energía que puede ser utilizada en otras reacciones libera calor actua como un catalizador disminuye la energía libre de la reacción Energía del catabolismo, (exergónica, procesos que producen energía) + P P i Energía del trabajo celular (endergónico, procesos que consumen energía) Slide 31 (nswer) / Por lo general, la hidrólisis del TP conduce el trabajo celular debido a que. libera energía que puede ser utilizada en otras reacciones libera calor actua como un catalizador disminuye la energía libre de la reacción Slide 32 / uál opción caracteriza mejor al rol del TP en el metabolismo celular? La liberación de energía durante la hidrólisis del TP calienta el ambiente circundante. La energía liberada a partir de la hidrólisis del TP puede ser acoplada en un proceso endergónico a través de la formación de un fosforilado intermedio. ataboliza al dióxido de carbono y al agua El #G asociada con su hidrólisis es positiva

7 Slide 32 (nswer) / uál opción caracteriza mejor al rol del TP en el metabolismo celular? La liberación de energía durante la hidrólisis del TP calienta el ambiente circundante. La energía liberada a partir de la hidrólisis del TP puede ser acoplada en un proceso endergónico a través de la formación de un fosforilado intermedio. ataboliza al dióxido de carbono y al agua El #G asociada con su hidrólisis es positiva Slide 33 / uál de los siguientes no es un ejemplo de trabajo celular logrado con la energía libre derivada de la hidrólisis del TP? 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. Slide 33 (nswer) / 141 Slide 34 / uál de los siguientes no es un ejemplo de trabajo celular logrado con la energía libre derivada de la hidrólisis del TP? Respiración celular 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. Volver a la tabla de contenidos Slide 35 / 141 Slide 36 / 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. La Producción de TP Vías atabólicas La respiración celular es una vía catabólica que consume moléculas orgánicas y produce TP. 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.

8 Slide 37 / 141 N + y F Las moléculas de N + y F se utilizan para almacenar y liberar posteriormente, la energía durante la respiración, son clave para la respiración. ada molécula tiene dos formas, cada forma almacena una cantidad diferente de energía. sí, se mueven entre estas dos formas o bien almacena energía potencial química o la libera. Estas son las reacciones: N + + 2H + + 2e - + Energía NH + H + Slide 38 / 141 N + y F N + + 2H + + 2e - + Energía NH + H + F + 2H + + 2e - + Energía FH 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 NH y FH 2 no se puede utilizar para producir TP. F + 2H + + 2e - + Energía FH 2 Las flechas dobles indican que cada reacción es reversible, se puede proceder en cualquier dirección. uando la reacción va hacia la derecha, se almacena la energía. uando se va hacia la izquierda, se libera energía Slide 39 / 141 ceptores 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 Slide 40 / El NH se convierte en N +. urante este proceso, se libera energía se almacena energía ni se almacena ni se libera energía Si el O2 está presente, 1 NH almacena energía suficiente para crear alrededor de 3 TPs 1 FH2 almacena energía suficiente para crear alrededor de 2 TPs Slide 40 (nswer) / El NH se convierte en N +. urante este proceso, se libera energía se almacena energía ni se almacena ni se libera energía Slide 41 / El FH 2 se convierte en F. urante este proceso, se almacena energía se libera energía ni se almacena ni se libera energía

9 Slide 41 (nswer) / El FH 2 se convierte en F. urante este proceso, se almacena energía se libera energía ni se almacena ni se libera energía Slide 42 / 141 Reducción y Oxidación N + + 2H + + 2e - + Energía NH + H + F + 2H + + 2e - + Energía FH 2 uando se pasa de izquierda a derecha estamos añadiendo electrones a una molécula. Eso se llama reducción de la molécula, o proceso de reducción. l ir de derecha a izquierda, estamos tomando electrones de una molécula. Eso se llama oxidacíón de la molécula, o proceso de oxidación. Slide 43 / 141 Oxidación Slide 44 / 141 Reducción y 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 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 Slide 45 / uál de los siguientes no puede actuar como un aceptor de electrones? Slide 45 (nswer) / uál de los siguientes no puede actuar como un aceptor de electrones? sulfato sulfato oxígeno amonio nitrato oxígeno amonio nitrato

10 Slide 46 / La pérdida de un electrón es y la ganancia de un electrón es. oxidación, reducción reducción, oxidación catálisis, fosforilación fosforilación, catálisis Slide 46 (nswer) / La pérdida de un electrón es y la ganancia de un electrón es. oxidación, reducción reducción, oxidación catálisis, fosforilación fosforilación, catálisis Slide 47 / NH es la forma reducida de N +. Slide 47 (nswer) / NH es la forma reducida de N +. Verdadero Verdadero Falso Falso Verdadero Slide 48 / 141 Tipos de Respiración elular Slide 49 / 141 Las Etapas de la Respiración 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. naerobios obligados - no pueden sobrevivir en presencia de oxígeno La respiración celular consiste de cuatro etapas: Glicólisis ecarboxilación del Piruvato El ciclo del ácido cítrico (iclo de Krebs. FosforilaciónOxidativa erobios obligados- son aquellas que requieren oxígeno. naerobios facultativos -son aquellas que pueden sobrevivir en presencia o ausencia de oxígeno.

11 Slide 50 / 141 Slide 51 / N + 2 NH 6H 12O 6 (Glucosa) Glicólisis 2 3H 4O 3 (Piruvato) 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 TP 4 TP Glucólisis es la ruptura de la molécula de glucosa Se necesitan algunos TP para comenzar el proceso (E a) El resultado neto es: Se forman 2 TP junto con 2 NH y los 2 piruvatos. Slide 51 (nswer) / Hasta hace 2.5 billones de años no había oxígeno en la atmósfera terrestre. uál de los siguientes no estaba presente? anaerobios facultativos anaerobios obligados aerobios obligados bacterias Slide 52 / Hasta hace 2.5 billones de años no había oxígeno en la atmósfera terrestre. uál de los siguientes no estaba presente? anaerobios facultativos anaerobios obligados aerobios obligados bacterias 13 uánta energía de activación se requiere para comenzar la glicólisis? 0 TP 1 TP 2 TP 4 TP Slide 52 (nswer) / 141 Slide 53 / uánta energía de activación se requiere para comenzar la glicólisis? 0 TP 1 TP 2 TP 4 TP 14 Los productos netos de la glucólisis son: 2 piruvatos 2 NH y 2 piruvatos 2 TP, 2 NH, y 2 piruvatos 4 TP, 2 NH, y 2 piruvatos

12 Slide 53 (nswer) / 141 Slide 54 / Los productos netos de la glucólisis son: 2 piruvatos 2 NH y 2 piruvatos 2 TP, 2 NH, y 2 piruvatos 4 TP, 2 NH, y 2 piruvatos Slide 55 / 141 El cliclo del ácido cítrico Esto muestra un ciclo, originado por una molécula de cetil o-. escarboxilación del piruvato (P) El ciclo del ácido cítrico puede procesar sólo moléculas con 2 carbonos y el piruvato es una molécula con 3 carbonos: 3H4O3 2 N + 2 3H 4O 3 (Piruvato) 2 NH P 2 cetil o- 2 O2 Slide 56 / 141 El ciclo del ácido cítrico La P 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 P a partir de la conversión de 2 N + a 2 NH y los carbonos extra del piruvato son eliminados como O2. Esta es una vuelta del ciclo debido a 1 cetil o-. Nota la producción de: 1 TP 3 NH iclo del ácido cítrico Para una molécula de glucosa se necesitan dos ciclos. Vamos a contabilizar la salida de un ciclo para confirmar nuestros resultados. iclo del ácido cítrico liquea aquí para ver un vídeo del ácido cítrico 1 FH 2 Pero 1 molécula de glucosa produce 2 moléculas de cetil o- (entonces 2 vueltas del ciclo producen:) 2 TP 6 NH 2 FH 2 Slide 57 / 141 Slide 58 / 141 El ciclo del ácido cítrico El ciclo del ácido cítrico se llama también iclo de Krebs. El ciclo desarma una molécula de cetil-o por cada turno generando 1 TP, 3 NH, 2 O2 y 1 FH2 por cetil-o. Ya que 2 moléculas de cetil-o se arman a partir de cada molécula de glucosa, el iclo de Krebs produce 2 TP; 6 NH; 4O2, y 2 FH2 por cada molécula de glucosa. 15 La glucólisis produce TP. La descarboxilación del piruvato produce TP. El ciclo del ácido cítrico produce TP. 1, 1, 2 4, 0, 2 4, 0, 4 2, 0, 2

13 Slide 58 (nswer) / La glucólisis produce TP. La descarboxilación del piruvato produce TP. El ciclo del ácido cítrico produce TP. 1, 1, 2 4, 0, 2 4, 0, 4 2, 0, 2 Slide 59 / urante la descarboxilación del piruvato un piruvato de 3 carbonos se convierte en 2 celtil o- de 2 átomos de carbono. Qué sucede con los otros átomos de carbono en este proceso? Son eliminados como moléculas de H 4 Son eliminados como moléculas de O 2 Se unen covalentemente al NH Son reciclados para volver a obtener glucosa Slide 59 (nswer) / urante la descarboxilación del piruvato un piruvato de 3 carbonos se convierte en 2 celtil o- de 2 átomos de carbono. Qué sucede con los otros átomos de carbono en este proceso? Son eliminados como moléculas de H 4 Son eliminados como moléculas de O 2 Se unen covalentemente al NH Son reciclados para volver a obtener glucosa Slide 60 / En total, las 3 primeras etapas de la respiración celular producen, cuántas moléculas de dióxido de carbono Slide 60 (nswer) / 141 Slide 61 / En total, las 3 primeras etapas de la respiración celular producen, cuántas moléculas de dióxido de carbono Fosforilación oxidativa(fo) Hasta ahora hemos hecho un montón de trabajo para obtener una ganancia neta de 4 TPs. Pero hemos almacenado una gran cantidad de energía potencial en forma de NH y FH2. La gran recompensa de la energía está en la fosforilación oxidativa, donde convertimos la energía almacenada en las moléculas de TP.

14 Slide 62 / 141 Fosforilación oxidativa(fo) hora vamos a convertir todo el NH y FH2 en TP, por lo que la energía se puede almacenar toda la célula. quí es donde el ciclo comienza Etapa NH FH2 TP Glicólisis P Total Slide 63 / 141 adena transportadora de electrones (TE) La fosforilación oxidativa es alimentada por la cadena transportadora de electrones. Una forma de pensar en la TE es como una bomba de protones. La TE 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. uando el O 2 está presente obtenemos alrededor de 3 TP por NH y 2 TP por FH 2. e manera que, cuántos TP tendríamos al final de la siguiente etapa? Espacio intermembrana Slide 64 / 141 adena transportadora de electrones (TE) El patrón de protones está en rojo. El patrón de electrones está en negro. Slide 65 / 141 TE 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 O 2 para jalar de los electrones a través de la TE Estas moléculas aceptarían a los electrones en el extremo de la cadena formando N 2, H 2S, y H 4, respectivamente La TE no produce TP, pero permite la fosforilación oxidativa, a cuenta de la mayoría del TP producido. Slide 66 / 141 TE 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 O2; formando agua (H2O). 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. liquéa aquí para ver un video de TE 18 Slide 67 / 141 uál de los siguientes de forma durante la cadena transportadora de electrones en células humanas? I TP II NH III gradiente de protones IV H 2O I, II, III, IV I, II sólo III sólo III, IV sólo

15 Slide 67 (nswer) / 141 Slide 68 / uál de los siguientes de forma durante la cadena transportadora de electrones en células humanas? 19 Los aerobios obligados usan cuál de los siguientes como su aceptor final de electrones? I TP II NH III gradiente de protones IV H 2O I, II, III, IV I, II sólo III sólo III, IV sólo O 2 NO 3 - O 2 SO 4 2- Slide 68 (nswer) / Los aerobios obligados usan cuál de los siguientes como su aceptor final de electrones? O 2 NO 3 - O 2 SO 4 2- Slide 69 / 141 Fosforilación oxidativa (OP) La TE 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 TP 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. medida que el motor gira, se agrega un grupo fosfato al P, creando TP. La energía eléctrica es transformada en energía química. liquea aquí para ver un vídeo de síntesis de TP Slide 70 / 141 Fosforilación oxidativa La analogía hidroeléctrica Slide 71 / 141 Fosforilación oxidativa La analogía hidroeléctrica El Hoover am es una estructura masiva que contiene la energía potencial de 9 trillones de galones de agua 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.

16 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. Slide 73 / 141 Respiración aeróbica alculamos anteriormente que se podría esperar obtener 38 moléculas de TP por el tiempo que se habría convertido todo el NH y el FH 2 en TP. El rendimiento real es de entre 36 a 38 moléculas de TP 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 NH hacia el sitio de la TE. 20 La síntesis de TP... Slide 74 / 141 sintetiza TP es una enzima es una proteína compleja todos los de arriba 20 La síntesis de TP... Slide 74 (nswer) / 141 sintetiza TP es una enzima es una proteína compleja todos los de arriba Slide 75 / La energía liberada por la cadena de transporte de electrones es utilizada para la bomba de iones H+ dentro de qué lugar? en el exterior de la membrana en el interior membrana Slide 76 / uál es el número máximo de TP producido a partir de la ruptura de una molécula de glucosa?

17 Slide 76 (nswer) / 141 Slide 77 / uál es el número máximo de TP producido a partir de la ruptura de una molécula de glucosa? 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 TP que se origina de un gramo de carbohidratos oxidados. Slide 78 / 141 La versatiliadad del catabolismo Fermentación Slide 79 / 141 Etapa 1: ruptura de las macromoléculas en unidades más pequeñas Etapa 2: ruptura de subunidades simples a cetil o- acompañada por la producción limitada de TP y NH Etapa 3: la oxidación completa de acetil O- a H2= y O2 implica la producción de mucho NH, que produce mucho TP vía transporte de electrones Volver a la tabla de contenidos Slide 80 / 141 Fermentación Slide 81 / 141 Fermentación uando 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 glucólisis resulta en 2 moléculas de piruvato y 2 moléculas de NH2. Sin un aceptor de electrones, la energía almacenada en esas moléculas no se puede utilizar. 2 N + 6H 12O 6 (Glucosa) Glucólisis 2 TP La fermentación comienza justo como lo hace la respiración celular, con la glucólisis. La ganancia neta de energía es sólo 2 TP (Recuerda 2 fueron invertidos y 4 se produjeron, la ganancia neta es 2) 2 NH 2 3H 4O 3 (Piruvato) 4 TP

18 Slide 82 / 141 Fermentación Slide 83 / 141 Tipos de fermentación Sin embargo, el piruvato todavía necesita ser limpiado desde la célula, y el NH ser convertido nuevamente a N + para comenzar otro ciclo. Este proceso es llamado fermentación. No se libera energía adicional durante este proceso. 2 N + 2 NH 6H 12O 6 (Glucosa) Glucólisis 2 3H 4O 3 (Piruvato) 2 TP 4 TP Existen dos tipos de fermentación: fermentación ácido-láctica fermentación alcohólica 2 NH 2 N + Fermentación ácido-láctica 2 3H4O3 (Piruvato) 2 ácidoláctica Fermentación OR Fermentación alcohólica O2 y 2 etanol Los piruvatos y los NH son fermentados en 2 N y o en ácido láctico o O 2 y etanol. 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 TP, 2 Piruvatos y 2 NH. Esto es la entrada a la etapa de la fermentación de la respiración anaerobia. 2 NH 2 N + Fermentación ácido-láctica 2 3H4O3 (Piruvato) 2 ácidoláctico Fermentación O Fermentación alcohólica 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 TP la salida es 4 moléculas de TP (para una ganancia neta de 2 TP) En síntesis, La fermentación láctica resulta en ácido láctico O2 y 2 etanol La fermentación alcohólica resulta en etanol y O2 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 TP la fermentación sólo produce 2 TP Slide 87 / 141 Ejemplos de fermentación lgunas 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 O2 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.

19 Slide 88 / 141 Slide 88 (nswer) / uando una célula ha completado la glucólisis y la fermentación láctica, los productos finales son: 23 uando una célula ha completado la glucólisis y la fermentación láctica, los productos finales son: I ácido láctico I ácido láctico II etanol II etanol III dióxido de carbono IV NH V TP I, II, III, IV, V I, II, III, V I, IV, V I, V III dióxido de carbono IV NH V TP I, II, III, IV, V I, II, III, V I, IV, V I, V Slide 89 / El pan leuda debido a la producción de durante la fermentación. etanol dióxido de carbono ácido láctico piruvato Slide 89 (nswer) / El pan leuda debido a la producción de durante la fermentación. etanol dióxido de carbono ácido láctico piruvato Slide 90 / Los músculos producen ácido láctico durante el ejercicio intenso. demás, los músculos son ejemplo de, que tipo de célula? Fotosíntesis Slide 91 / 141 anaerobios facultativos aerobios facultativos anaerobios obligados aerobios obligados Volver a la tabla de contenidos

20 Slide 92 / 141 Fotosíntesis La respiración obtiene energía a partir de la glucosa y la almacena como TP. Slide 93 / 141 Respiración aeróbica vs. fotosíntesis quí está la ecuación química balanceada para la respiración aeróbica 6H12 O6 + 6O2 6O2 + 6H2O + TP Pero cuál es la fuente de glucosa? Y, de dónde vino el oxígeno que flotaba en la Tierra 2.5 billones de años atrás? Y aquí la ecuación química balanceada para la fotosíntesis: 6O 2 + 6H 2O + Energía lumínica 6H 12O 6 + 6O 2 6H12O6 + 6O2 Slide 94 / 141 Respiración aeróbica vs. fotosíntesis 6O2 + 6H2O + TP La respiración aeróbica usa oxígeno (O2) y glucosa (6H12 O6) para formar dióxido de carbono (O2) y agua (H2O)... y liberar energía. 6O 2 + 6H 2O + Energía lumínica 6H 12O 6 + 6O 2 La Fotosíntesis es exactamente el opuesto, toma el dióxido de carbono (O2) y el agua (H2O) más la energía para producir glucosa (6H12 O6) y oxígeno (O2) Slide 95 / 141 Fotosíntesis y respiración Sumando estas dos ecuaciones se observa que el TP 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 6H 12O 6 + 6O 2 Energía lumínica 6O 2 + 6H 2O + TP (Energy) 6O 2 + 6H 2O + Energía lumínica 6H 12O 6 + 6O 2 TP (Energía) Energía lumínica Slide 96 / 141 Fotosíntesis y respiración TP (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. pesar de que no todos los organismos experimentan la fotosínteis, los productos que los plantas producen son utilizados en reacciones que los consumidores utilizan. e esta manera, podemos decir que.. Slide 97 / uáles son los reactivos de la respiración celular? Oxígeno y agua Glucosa y dióxido de carbono Glucosa y agua Glucosa y oxígeno Todos somos energía solar en potencia!

21 Slide 97 (nswer) / uáles son los reactivos de la respiración celular? Slide 98 / uáles son los productos de la fotosíntesis? Oxígeno y agua Glucosa y oxígeno Glucosa y dióxido de carbono Oxígeno y agua Glucosa y agua Glucosa y dióxido de carbono Glucosa y oxígeno ióxido de carbono y agua Slide 99 / uáles son los reactivos de la fotosíntesis? ióxido de carbono y agua Oxígeno y agua Glucosa y oxígeno Glucosa y dióxido de carbono Slide 100 / La fotosíntesis energía mientras que la respiración celular energía consume, produce produce, consume produce, produce consume, consume Slide 101 / 141 Slide 102 / 141 Nuestras preguntas originales Fotosíntesis uál es la fuente de glucosa? e dónde vino el oxígeno que flotaba en la Tierra hace 2.5 illones de años atrás? Los productos de la fotosíntesis son: oxígeno (O2) glucosa ( 6H12O6) 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.

22 Slide 103 / 141 La catástrofe del oxígeno Slide 104 / 141 Fotosíntesis 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. lgunos sobreviven hoy en día, pero sólo en lugares donde no estén expuestos a la atmósfera. 6O 2 + 6H 2O + Energía luminosa 6H 12O 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. l igual que las cuatro etapas de la respiración resultan en una ecuación simple, el proceso en sí es complicado. el mismo modo, el proceso de fotosíntesis es complicado. Y en cierto modo similar a los pasos de la respiración, pero al revés. Slide 105 / En la comparación de la respiración aeróbica con la fotosíntesis, qué afirmación es verdadera? 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 Slide 106 / 141 NPH urante la respiración las moléculas de N + y F se usan para almacenar energía. La fotosíntesis usa la molécula NP +, que es muy parecido al N +, para almacenar energía, y convertirlo entre sus dos etapas La forma reducida del NP + es el NPH. Slide 107 / 141 lorofila 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. Slide 108 / 141 Tilacoides La clorofila se encuentra en los tilacoides, que son estructuras unidas a las membranas de las células fotosintéticas. La lorofila le da a las plantas su color verde.

23 Slide 109 / El N + es al NP + como el NH es al. NP 2+ NP NPH Slide 109 (nswer) / El N + es al NP + como el NH es al. NP 2+ NP NPH NPH 2 NPH 2 Slide 110 / uál de las siguientes se encuentra almacenada en los tilacoides? Slide 111 / 141 os tipos de fotosíntesis TP clorofila NH NPH Hay dos tipos de fotosíntesis: Transporte cíclico de energía Transporte no cíclico de energía 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 TP. Fotosistema I e - e- Slide 113 / 141 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 TP. adena de Transporte de Electrones TP Sintasa P + Pi TP Energía de las moléculas e - clorofila e - Este proceso es "cíclico" porque los electrones finales vuelven a la clorofila después de la generación del TP. fotón

24 Slide 114 / 141 Slide 115 / El transporte no cíclico de energía surgió antes del transporte cíclico de energía. Verdadero Falso 34 uál de las siguientes afirmaciones sobre el transporte cíclico de energía es verdadero? El transporte cíclico de energía requiere agua La glucosa se produce por transporte cíclico de energía El transporte cíclico de energía reduce el NP + La energía lumínica se convierte en energía química durante el transporte cíclico de energía. Slide 115 (nswer) / 141 Slide 116 / uál de las siguientes afirmaciones sobre el transporte cíclico de energía es verdadero? El transporte cíclico de energía requiere agua La glucosa se produce por transporte cíclico de energía El transporte cíclico de energía reduce el NP + La energía lumínica se convierte en energía química durante el transporte cíclico de energía. 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 (iclo de alvin ) 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. Slide 118 / 141 Reacciones dependientes de la luz Las reacciones dependientes de la luz usan energía lumínica y agua para formar TP, NPH, y oxígeno gaseoso. 2 H2O + 2 NP P + 3 Pi O2 + 2NPH + 3 TP 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).

25 Slide 119 / 141 Tilacoides Esto muestra la membrana, que separa el estroma del lumen, los dos fotosistemas y las enzimas, la TP sintasa y la NP 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. 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. quellos se utilizan para bombear protones a través de la membrana, creando una diferencia de potencial eléctrico que se utiliza para crear TP. Fotosistema II e - e- adena de transporte de electrones TP Sintasa P + Pi TP La única forma en que los protones puedan volver al lumen, es a través de la TP sintasa, para producir TP. Energía de las moléculas H2O O2 + 2H + e - e - clorofila e - al fotosistema I fotón Slide 121 / 141 Slide 122 / 141 Fotosistema I Entonces, el fotosistema I absorbe más luz y re-energiza los electrones. Se utilizan para almacenar energía mediante el uso de NP reductasa para reducir el NP + a NPH (adición de electrones al NP +, en lugar de devolverlos a la clorofila como en el transporte cíclico de energía). Fotosistema I 35 El interior del tilacoide se llama la y el exterior se denomina. lumen, estroma estroma, lumen e - e - NP Reductasa NP+ NPH Energía de las moléculas desde el fotosistema II e - e - clorofila fotón Slide 123 / Las reacciones dependientes de la luz producen TP y NPH por cada O 2 producido. 1, 1 2, 3 3, 2 2, 4 Slide 123 (nswer) / Las reacciones dependientes de la luz producen TP y NPH por cada O 2 producido. 1, 1 2, 3 3, 2 2, 4

26 Slide 124 / El agua se divide, liberando O 2, en cuál complejo de proteínas? el fotosistema I el fotosistema II TP sintasa NP reductasa Slide 125 / 141 Reacciones independientes de la luz El TP y el NPH 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 iclo de alvin o reacciones oscuras. Estas reacciones pueden ocurrir con luz o en oscuridad, por lo tanto oscuras no es un nombre preciso. El ciclo de alvin utiliza el TP y el NPH para convertir el O 2 en glucosa ( 6H 12O 6) en un proceso de múltiples fases. Slide 126 / 141 Reacciones independientes de la luz Slide 127 / 141 Reacciones independientes de la luz En 3 vueltas del ciclo usamos 9 TP, 6 NPH y 3 O2 Para formar una molécula de glucosa, de 6 carbonos se requieren: 18 TP 12 NPH y 6 O2 para formar un azúcar de 3 carbonos Slide 128 / 141 El iclo del carbono El ciclo de alvin también se llama fijación de carbono. Esto significa que el carbono, un gas en la atmósfera, en forma de O 2, se convierte en un sólido como la glucosa. uando 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. Slide 129 / 141 Transporte de energía ciclica vs. no cíclica Las reacciones luminosas producen cantidades iguales de TP y NPH, pero el ciclo de alvin utiliza más TP (18) que el NPH (12) para hacer una molécula de glucosa. Para tener suficiente TP, los organismos fotosintéticos usan el transporte cíclico de energía para crear el TP necesario.

27 Slide 130 / El dióxido de carbono se fija en forma de glucosa en el ciclo de Krebs las reacciones dependientes de la luz el ciclo de alvin el transporte cíclico de energía Slide 130 (nswer) / El dióxido de carbono se fija en forma de glucosa en el ciclo de Krebs las reacciones dependientes de la luz el ciclo de alvin el transporte cíclico de energía Slide 131 / En qué etapa de la fotosíntesis son el TP y el NPH convertidos a P + Pi y NP +? reacciones dependientes de la luz reacciones independientes de la luz fotosistema I fotosistema II Slide 132 / uál de las siguientes afirmaciones sobre la fotosíntesis es verdadera? 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 TP que se utiliza para alimentar el ciclo de alvin. El transporte cíclico de energía sólo lo producen las bacterias. Slide 132 (nswer) / 141 Slide 133 / uál de las siguientes afirmaciones sobre la fotosíntesis es verdadera? 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 TP que se utiliza para alimentar el ciclo de alvin. El transporte cíclico de energía sólo lo producen las bacterias. 41 El ciclo de alvin es una vía anabólica. Verdadero Falso

28 Slide 134 / 141 ambio climático global Slide 135 / 141 ambio 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 O 2 del aire. El O 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 Si no fuera por el O2 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. Slide 136 / 141 ambio 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 O 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. Slide 137 / 141 ambio 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. uando se queman estos combustibles, se libera O2 que vuelve hacia la atmósfera, haciendo que aumenten demasiado los gases de efecto invernadero. Slide 138 / 141 ambio climático global omo 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. Slide 139 / Los gases de efecto invernadero son peligrosos y deberían ser reducidos tanto como sea posible. Verdadero Falso

29 Slide 140 / El carbono fue usado a partir del ciclo del carbono, reduciendo el O2 en el aire, a medida que Slide 141 / Un invierno muy caluroso estaría indicando que está ocurriendo un cambio climático global. la cantidad de vida en la Tierra disminuía los animales morían y quedaban enterrados comenzó la fermentación Verdadero Falso E todos los de arriba Ninguno de los de arriba