Anabolismo autótrofoAnabolismo autótrofo
Fotosíntesis y Quimiosíntesis
FotosíntesisH2 X + Y H2 Y + X
Fotosíntesis oxigénica Fotosíntesis anoxigénica
Proceso X = O2
Y = CO2, sales minerales y nitratos
X = S,...
Y = sales minerales y nitratos
Seres Metafitas y algas verdes: clorofilas a y b y carotenoides (carotenos y xantofilas)
Algas rojas y cianobacterias: clorofila a, ficocianina y ficoeritrina
Algas pardas: clorofilas a y c y carotenoides (xantofilas)
Bacterias verdes del azufre, púrpuras sulfúreas y no sulfúreas: bacterioclorofila
Arqueobacterias: bacteriorrodopsina
Fotosíntesis oxigénica
Reacción general:
H2O + CO2+ Luz + clorofila (CH2O) + O2+ H2O
6H2O + 6CO2+ Luz + clorofila C6H12O6+ 6O2+ 6H2O Etapas:
Fase lumínica: fotolisis del agua y fotofosforilación; obtención de energía, moléculas reductoras y oxígeno. En las membranas de los tilacoides del cloroplasto
Fase oscura: ciclo de Calvin; obtención de materia orgánica. En el estroma del cloroplasto
Los fotosistemasPotencial redox electropositivo
Potencial redox electronegativo
P
AD
D, dador de e- P, pigmento: clorofila a y proteínas
A, aceptor de e-
FSII
H2O λ = 680 nm Q
FSI
Plastocianina λ = 700 nm X
Antena: pigmentos (clorofilas, carotenos, xantofilas,...), lípidos y proteínas.
Centro de reacción (P)
Fase lumínica de la fotosíntesis
-800
-600
-400
-200
0
200
400
600
800
1000
Potencial redox (mV)
Dirección del flujo de electrones
ZFSII
Q
PQ
b6-f
Pc
FSI
X Fd
luz
luzMn
H2O
O2
4e-
4H+
4e-
4e-
4e-
4e-
4e-
4e-4e-
2NADP
2NADP2H
Nr
4e-
ATP
4e-
Rendimiento de la fase lumínica
Gasto:
2 moléculas de agua
Luz
2 moléculas de NADP
1 molécula de ADP + Pi
Rendimiento:
2 moléculas de NADP2H
1 molécula de ATP
Gasto:
Luz
1 molécula de ADP + Pi
Rendimiento:
1 molécula de ATP
Proceso no cíclico Proceso cíclico
Fotofosforilación
membrana del tilacoide
estroma
espacio tilacoidal
Z
FSIIQ
PQ
b6-fPC
FSIFd
partícula F
4e-
4e-
4e-4e-4e-
4e-
4e-
H2O O2
4e-
4H+
H+
H+
H+ H+
4H+
2NADP 2NADP2H
4e-
H+
ADP + Pi
ATP
LuzLuz
Fase oscura de la fotosíntesis. Ciclo de Calvin
• No requiere luz• Utiliza el NADP2H y el ATP obtenidos en
la fase lumínica• Se obtiene materia orgánica a partir de
materia inorgánica (CO2) mediante reducción
• Sucede en el estroma del cloroplasto• La materia orgánica se almacena o se
distribuye al resto de la planta
Ciclo de Calvin-Benson
6 ribulosa bifosfato (5C)
6CO2
ribulosa bifosfato carboxilasa
12 ác. 6 fosfoglicérico (3C)
12 ác. 1,3 difosfoglicérico (3C)
12 ATP
12 ADP
12 gliceraldehido 3P (3C)
12 NADP2H12 NADP
12 Pi
Fructosa 6 P
Glúcidos y materia orgánica
2: 6C
6: 3C2: 3C
4: 3C
2 5C
2: 4C
2: 3C
2: 3C2: 7C
4: 5C
6 ATP 6 ADP + Pi
Modificaciones del ciclo de CalvinFotorrespiración: ambiente cálido y seco. Cierre de estomas para evitar la pérdida de agua, con acumulación de O2 y escasez de CO2 . La rubisco oxida la ribulosabifosfato
Estoma cerrado
células estomáticas con cloroplastos
Estoma abiertoO2 CO2
CO2 O2
ribulosa biP + O2
ác. Fosfoglicérico (3C) + ác. Fosfoglicólico (2C)
ciclo de Calvin oxidación
oxidación
CO2 + otros productos orgánicos
cloroplasto peroxisoma
rubisco
Plantas C4. Ruta de Hatch-SlackOtra adaptación a climas cálidos y secos: cereales y caña de azúcar. En éstas, la fijación de CO2 se lleva a cabo en células perivasculares.
Estas células están cubiertas por células del mesófilo que bombean CO2 a las células perivasculares.
Plantas crasuláceas: cactus. Ambientes muy secos. Se abren por la noche.
Fijan el CO2 en forma de málico en una vacuola
CO2
fosfoenolpirúvico (3C)oxalacético (4C)
málico (4C) pirúvico (3C)
málico (4C) pirúvico (3C)
CO2
Calvin
azúcares
Ru biP
NADP2H
NADP2H
NADP
NADP
ATP
AMPRUTA DE HATCH-SLACK
Célula del mesófilo
Célula perivascular
Factores que influyen en la fotosíntesis
• Concentración de CO2.
• Intensidad lumínica (excepto fotooxidación).
• La cantidad de agua.
• Concentración de O2.
El color de la luz
La temperatura. Cada especie muestra su intervalo óptimo con suficiente luz y CO2.
favorables: desfavorables:
otros:
Fotosíntesis anoxigénicaNo se produce O2 sino otras sustancias. Utiliza una molécula distinta del agua como donante de electrones (poder reductor) y obtener materia orgánica a partir de materia inorgánica.
Bacterias verdes del azufre. Utilizan SH2 O H2 . Desprenden S.
Bacterias púrpuras del azufre. Utilizan SH2 . Acumulan el S en su interior.
Bacterias púrpuras no del azufre. Utilizan moléculas orgánicas sencillas (pirúvico, láctico, etc.).
Proceso:
etapa lumínicaetapa lumínica: sólo fotosistema I en la membrana. Similar a la etapa cíclica para obtener ATP y acíclica para formar NAD2H.
etapa oscura: etapa oscura: similar a la vista.
Importancia biológica de la fotosíntesis
• Importancia evolutiva: se había agotado la materia orgánica.
• Aparición de la fotosíntesis anoxigénica.• Aparición del fotosistema II. Fotolisis del agua y
liberación de oxígeno.• Formación de ozono. Filtración de radiaciones y
salida de seres vivos a la superficie.• Utilización de la fuente energética más abundante.• Soporte de la vida en la Tierra.
NO3 -
NO2 -
NH3
ATP
NADP2H
ADP+Pi
NADP
ATP
NADP2H
ADP+Pi
NADPD
NO3 -
NH3
Microorganismos quimiosintéticos
CICLO DE CALVINaminoácido
aminoácido
En el estroma de las células fotosintéticas
Incorporación del Nitrógeno atmosférico
N2
NH3
Eucariotas no
Cianobacterias; libres o asociadas a hongos: líquenes
Bacterias heterótrofas como Azotobacter (O2) o Clostridium (sin O2)
Bacterias heterótrofas
simbiosis
nitrogenasa Rhizobium – leguminosas. Importancia ecológica
energía
Anabolismo heterótrofo
Obtención de moléculas orgánicas complejas a partir de moléculas orgánicas simples.
En autótrofos a partir del ciclo de Calvin o bien de reacciones comunes a los heterótrofos.
En heterótrofos, las toman del medio como monómeros y forman los polímeros a partir de ellos.
Rutas metabólicas que, en general, son inversas a las del catabolismo
Anabolismo de Glúcidos: gluconeogénesis
ác. pirúvico 3C
ác. pirúvico 3C
ác. oxalacético 4C
aá
aá
ác. málico
NAD NAD2H
ac. fosfoenolpirúvico
ác. málico
ác. oxalacético 4CADP+Pi ATP
CO2ATP ADP+Pi
NAD2H NAD
CO2
GDP+Pi GTP
triosas P
fructosa di P fructosa 6 P glucosa 6 P glucosa
ADP ATP
Pi
ADP ATP
Pi
La glucosa no puede obtenerse del acetilCoA. De los ác. grasos
Anabolismo de glúcidos: glucogenogénesis
pirúvico
pirúvico
gliceraldehido P
gliceraldehido P
fructosa di P
glucosa 6 P
glucosa 6 P
glucosa 1 P
glucosa 1 P
ADP-glucosaUDP-glucosa
UDP-glucosa
glucosa
glucógeno (n glucosas)
glucógeno (n+1 glucosas)Almidón
(n glucosas)
Almidón (n+1 glucosas)
Ciclo de Calvin 6GAP
UTPsacarosa
UTP
ADP ATP
célula vegetal célula animal
Anabolismo de lípidos: acilglicéridos
pirúvico
acetilCoA
CoACO2
NAD NAD2H
malonilCoACO2
ATP ADP+Pi
acetilCoA
CO2
HS-CoA
CH3–CO-CH2-COSCoA
NADP NADPH2
CH3–CHOH-CH2-COSCoA
H2O
CH3–CH=CH-COSCoA CH3–CH2-CH2-COSCoA (4C)
NADP2H NADP
12C10C
8C6C
Lípidos Glúcidos
glicerol
ác. graso
acilglicérido
Ruta del glioxilato: Glioxisomas en semillas
cuerpo lipídico glioxisoma
ác. Graso (n C)
n/2 acetilCoA
2 acetilCoA
ác. succínicoglucosa
hialoplasma
ác. oxalacético
QuimiosíntesisXH2 Xoxidación
2H+ energía
CO2, NO2-, etc. glúcidos, lípidos,
prótidos, etc.
NAD NAD2H ADP+Pi ATP
bacterias de la nitrosificación (Nitrosomonas): NH3 a NO2-
bacterias de la nitrificación (Nitrobacter): NO2- a NO3
-
bacterias incoloras del azufre: oxidan sulfuros, sulfitos, etc.
bacterias del metano: CH4 a CO2
bacterias del hidrógeno: H2 a H2O
bacterias del hierro: compuestos ferrosos a férricos
bacterias del monóxido de carbono: CO a CO2
Anabolismo de Proteínas y Ácidos Nucleicos
• Cada aminoácido tiene su ruta. Difieren entre distintas especies.
• Recordar transaminación, desaminación y aminación.
• Incorporación de Nitrógeno en autótrofos (aéreo y terrestre).
• Aminoácidos esenciales.
• Utilización de aminoácidos para otras moléculas: tiroxina, nucleótidos, ciclo tetrapirrólico...
• Traducción o biosíntesis de proteínas.
• Diferentes rutas para cada base nitrogenada.
• Intervienen diferentes aminoácidos (ác. Aspártico para uridina y citidina) .
• Los nucleótidos se sintetizan a partir de la pentosa, el fosfato y la base nitrogenada.
• Los ácidos nucleicos mediante los procesos de duplicación (ADN) y transcripción (ARN).