Tema 11. anabolismo

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CL XI
Biología. 2º Bachillerato. IES SANTA CLARA.
Belén Ruiz
Departamento Biología- Geología.
https://biologiageologiaiessantaclarabelenruiz.wordpress.com/2o-bachillerato/2o-biologiaI
IES Santa Clara
TEMA 11. METABOLISMO
CELULAR: ANABOLISMO II

LA FOTOSÍNTESIS
INTRODUCCIÓN
PROCESO GENERAL :
6 CO
2
+ 12 H
2
O ¾¾® C
6
H
12
O
6
+ 6
O
2
+ 6 H
2
O
 ETAPAS:
 FASE LUMINOSA Þ síntesis de ATP y
NADPH
 FASE OSCURA Þ Fijación de CO
2
y
síntesis orgánica:
Consumo de los productos de la fase
lumínica (ATP y NADPH)

PIGMENTOS :
Clorofilas (verdes)
–a y b (vegetales y cianobacterias)
–c y d (algas)
–Bacterioclorofila (bacterias fotosintéticas),
Carotenoides (vegetales, algas y cianobacterias)
–Carotenos (marrones y anaranjados)
–Xantofilas (amarillos)
Ficobilinas (algas y cianobacterias)
–Ficocianinas (azules)
–Ficoeritrinas ( rojos)
FASE LUMINOSA Þ síntesis de ATP y NADPH

CLOROFILASCLOROFILAS

CAROTENOIDESCAROTENOIDES
Xantofilas
Carotenos

FicobilinasFicobilinas
Ficoeritrina
Ficocianina

CromatografíaCromatografía

PIGMENTOS :
 ESPECTRO ÚTIL (visible 400- 700 nm)

UNIDADES FUNCIONALES:
LOS FOTOSISTEMAS:
–CCL (c.antena) + Centro de reacción (Clor. a, dador y aceptor)
–Fotosistema I (P700) y Fotosistema II (P680)
1.CCL: Centro colector de luz.
Diferentes pigmentos: clorofilas,
carotenos,…
2.Centro de reacción:
3. Dímero de clorofila A
4. Dador de electrones
5. Aceptor de electrones
6. Membrana de un tilacoide

UNIDADES FUNCIONALES:
LOS FOTOSISTEMAS: (PSI y PSII)
–Fotosistema I (P700) yFotosistema II (P680)

FASE LUMINOSA Þ síntesis de ATP y
NADPH
PIGMENTOS : clorofilas a y b (vegetales y
cianobacterias) c y d (algas) bacterioclorofila (bacterias
fotosintéticas), carotenoides y ficobilinas (algas)
 ESPECTRO ÚTIL (visible 400- 700 nm)
 FUNDAMENTO : resonancia, excitación electrónica y
transporte redox de e
-
 UNIDADES FUNCIONALES:
LOS FOTOSISTEMAS:
CCL (c.antena) + Centro de reacción (Clor. a, dador y aceptor)
Fotosistema I (P700) yFotosistema II (P680)
ATPasa
TRANSPORTADORES ELECTRÓNICOS

FASE LUMINOSA Þ síntesis de ATP y
NADPH
–FUNDAMENTOS :
Fluorescencia: No se da en la fotosíntesis
El electrón excitado vuelve al orbital original y pierde
la energía absorbida en forma de luz y calor

FUNDAMENTOS :
Resonancia
La energía pasa por
resonancia de unos
pigmentos a otros hasta
el centro de reacción

FUNDAMENTOS :
Excitación electrónica

UNIDADES FUNCIONALES:
ATPasa
TRANSPORTADORES ELECTRÓNICOS
Estroma
Espacio intratilacoidal

FUNDAMENTOS :
•Transporte de e- (cadena redox)

Transporte electrónico dependiente de la luz
•La energía de los fotones activa o impulsa electrones de la molécula de
clorofila del centro de reacción de niveles energéticos bajos a niveles muy
altos. Cuando los electrones adquieren un nivel energético alto tienden a
saltar de la clorofila a moléculas aceptoras.
•Fotosistema es el conjunto de la clorofila asociada a las moléculas
aceptoras de los electrones que ella cede. En los fotosistemas es donde
ocurren los procesos químicos dependientes de la luz.
•Hay dos fotosistemas: I o P
700
y II o P
680
según la longitud de onda de la luz a
que son sensibles.
•A su vez el fotosistema II recibe electrones del agua que es el donador
electrónico, en un proceso denominado fotólisis del agua, que libera
oxígeno molecular.
•Los electrones cedidos fluyen por unas cadenas transportadoras de
electrones hasta un aceptor electrónico final y desde aquí serán
transportados hasta la fase oscura o Ciclo de Calvin.

FLUJO “NO” CÍCLICO de e
-

(Fotofosforilación acíclica)
Esquema en Z:
Genera ATP y NADPH
Fotolísis del H
2
O Þ O
2
atmosférico

FLUJO “NO” CÍCLICO de e-
(Fotofosforilación acíclica)

FLUJO CÍCLICO de e-
(Fotofosforilación cíclica)
Esquema en D:
Genera solamente ATP:
 Existe mayor requerimiento
 Anoxigénica

Síntesis de ATP o fotofosforilación
La energía que van perdiendo los electrones al
descender o fluir por la cadena transportadora sirve
para bombear protones (H
+
) desde el estroma hacia
el espacio interior del tilacoide; así se forma un
gradiente electroquímico entre ambos lados de la
membrana tilacoidal. El paso de H
+
a través de las
ATPasas situadas en la membrana produce la
fosforilación del ADP y su transformación en ATP.

La Hipótesis quimiosmótica de
Mitchell

FASE OSCURA Þ Fijación de CO
2
y síntesis
orgánica
–Consumo de los productos de la fase luminica (ATP y
NADPH)

FASES:
–1.- Fijación o
Carboxilación
–2.- Reducción:
Ácido a
aldehído
–3.- Regeneración:
Compleja vía
de las pentosas
que regenera la
Ribulosa 1,5
diP

F. Fijación
F. Regeneración
F. Reducción

1. Fijación del carbono: se incorpora el átomo de carbono procedente
del CO
2
en la pentosa ribulosa-1,5-difosfato formándose 2 moléculas
de 3-fosfoglicerato, estando la reacción catalizada por la enzima
ribulosa-1,5-difosfato-carboxilasa o rubisco.
2. Reducción del átomo de carbono procedente del CO
2: en dos
reacciones consecutivas fosforilación primero y reducción después.
Estas reacciones requieren ATP y NADPH respectivamente.
3-fosfoglicerato  1,3-difosfdoglicerato  gliceraldehído-3-fosfato
3. Regeneración de la ribulosa-1,5-difosfato: para que el ciclo pueda
seguir funcionando y continúe la fijación del CO
2
es preciso regenerar
la ribulosa-1,5-difosfato, lo que se consigue tras una serie de
reacciones que reorganizan la molécula catalizadas por la
fosforribuloquinasa.

Estequiometría del ciclo de Calvin
En cada paso de vuelta del Ciclo de Calvin se fija 1 átomo de carbono.
Para incorporar 6 moléculas de CO
2
o lo que es lo mismo una molécula
de hexosa necesita cubrir 6 ciclos completos. El balance será el
siguiente:
- 6 moléculas de ribulosa-1,5-difosfato, que generarán 12
moléculas de 3-fosfoglicerato.
- 12 moléculas de NADPH
- 12 + 6 moléculas de ATP
Por tanto para obtener 1 molécula de hexosa a partir de CO
2
los
organismos fotosintéticos consumen 12 moléculas de NADPH y 18
moléculas de ATP.

Proceso general, fase luminosa:
12 H
2
O + 18 ADP + 18P
i
+ 12 NADP
+


18 ATP + 12 NADPH + 12 H
+
+ 6O
2

Proceso general, fase oscura:
6 CO
2
+ 18 ATP + 12 NADPH +12 H
+
+ 6 H
2
O → HEXOSA + 12 H
2
O +18 ADP + 18Pi +12 NADP
+


Sumemos ambos procesos:
Proceso global:
6 CO
2
+ 12 H
2
O → HEXOSA (C6H12O6) + 6O
2
+ 6 H
2
O
Proceso global simplificado:
6 CO
2
+ 6 H
2
O → HEXOSA (C6H12O6) + 6O
2

LA FOTOSÍNTESIS

ASPECTOS ECOLÓGICOS Y
EVOLUTIVOS
1º FOTOSISTEMA I Þ Fotosíntesis
anoxigénica (Ej.actual: sulfobacterias
fotosíntéticas verdes)
2º FOTOSISTEMA II Þ Fotosintesis
oxigénica (Ej. cianobacterias y plantas
superiores):
–Implicaciones:
•Atmósfera oxidante (O
2
) Þ aparición y expansión de
los aerobios
•Capa de ozono: O
2
+ O
2
  O
3
+ ½ O
2
Þ protección (aspectos evolutivos)
•Aparición de los PRODUCTORES (autótrofos), base
de las cadenas y redes tróficas (aspectos ecológicos)

ASPECTOS ECOLÓGICOS Y
EVOLUTIVOS
1º FOTOSISTEMA I Þ Fotosíntesis anoxigénica
Ej.actuales (Con bacterioclorofila):
–Sulfobacterias fotosíntéticas verdes
–Sulfobacterias fotosíntéticas púrpuras
–Bacterias No sulfureas fotosíntéticas verdes
–Bacterias No sulfureas fotosíntéticas púrpuras

ASPECTOS ECOLÓGICOS Y
EVOLUTIVOS
1º FOTOSISTEMA I Þ Fotosíntesis anoxigénica
Ej.actuales:
Bacterias No sulfureas fotosíntéticas púrpuras

ASPECTOS ECOLÓGICOS Y
EVOLUTIVOS
1º FOTOSISTEMA I Þ Fotosíntesis anoxigénica
Ej.actuales:
–Sulfobacterias fotosíntéticas verdes

LA QUIMIOSÍNTESIS
•Concepto: Energía a partir de la
oxidación de compuestos INORGÁNICOS
normalmente por fosforilación oxidativa y
síntesis orgánica Þ Autótrofos no
fotosintéticos.
•Fases:
–1ºSust. inorgánica A Sust. Inorgánica B
+ ATP (por fosforilación oxidativa)
•Aceptor final: normalmente, O
2 Þ tipo especial de
respiración aerobia
•NADH por flujo inverso de e- con gasto de ATP
– 2º Biosíntesis orgánica (c. Calvín o c. Krebs
inverso)
oxidación

1ºSust. inorgánica A Sust. Inorgánica B
+ ATP (por fosforilación oxidativa)
Aceptor final: normalmente, O
2
Þ tipo especial de
respiración aerobia
Ej. NO
2
-
+

2H
+
NO
3
-

½ O
2
Cadena de transporte
Electrónico (redox)
LA QUIMIOSÍNTESIS
H
2O
oxidación
ATP

1ºSust. inorgánica A Sust. Inorgánica B + ATP
NADH por flujo inverso de e- con consumo de parte del
ATP sintetizado.
NAD
+
NADH +

H
+


NO
3
-
Cadena de transporte
Electrónico (redox)
LA QUIMIOSÍNTESIS
NO
2
-
oxidación
Consumo de ATP

LA QUIMIOSÍNTESIS

LA QUIMIOSÍNTESIS
Grupos de organismos quimiosintéticos:
Organismos: Todos son bacterias
Todos quimiolitotróficos Þ
(QUIMIOAUTÓTROFOS)
Transformadores Þ cierran los ciclos
biogeoquímicos

LA QUIMIOSÍNTESIS
Grupos de organismos quimiosintéticos:
A) B. Nitrificantes:
ej. NH3 NO
2
NO
3
-
Importantes en el ciclo del nitrógeno
B) B. Del hierro:
Fe
+2
Fe
+3
ej. Ferrobacillus
C) B. Incoloras del azufre:
H
2
S

S H
2
SO
4
D) B. del Hidrógeno y del Metano:
H
2
H
2
O
CH
4
  CO
2
+ H
2
O
Algunas c y d de las dorsales oceánicas:
Productores Þ Ecosistemas independientes del
sol
Nitrosomomas: Nitrobacter

LA QUIMIOSÍNTESIS
Grupos de organismos quimiosintéticos:
•A) B. Nitrificantes:
–ej. NH3 NO
2
-

NO
3
-
»Importantes en el ciclo del nitrógeno
Nitrosomomas Nitrobacter
NH4
+
+ 3/2 O
2
NO
2
-
+ 2H
+
+ H
2
O
NO
2
-
+ ½ O
2
NO
3
-
NH
4
+
+ NO
2
-
N
2
+ 2 H
2
O (X)
(X) En este caso el aceptor final no es el O
2
, sino el NO
2
-
Nitrosomomas:
Nitrobacter:
Bacterias anammox:
Aceptor
final de
electrones
(diferente
al O
2
)

LA QUIMIOSÍNTESIS
•Grupos de organismos quimiosintéticos:
•A) B. Nitrificantes:
–ej. NH3 NO
2
-

NO
3
-
»Importantes en el ciclo del nitrógeno
•Ej.
Nitrosomomas Nitrobacter
NO
2
-
+ ½ O
2
NO
3
-

LA QUIMIOSÍNTESIS

LA QUIMIOSÍNTESIS
B) B. Del hierro:
–Fe
+2
Fe
+3
ej. Ferrobacillus
Fe
2+
+ 2H
+
+ ½ O
2

Fe
3+
+ H
2
O

LA QUIMIOSÍNTESIS
Grupos de organismos quimiosintéticos:
C) B. Incoloras del azufre:
H
2
S

S H
2
SO
4
H
2
S + ½ O
2
S + H
2
O
S + 2O
2
SO
4
2-

LA QUIMIOSÍNTESIS
Grupos de organismos quimiosintéticos:
•D) B. del Hidrógeno y del Metano:
– H
2
H
2
O

H
2
+ ½ O
2
H
2
O ej. Pseudomonas

4H
2
+ CO
2
CH
4
+ 2H
2
O bact.
Metanógenas
–CH
4
  CO
2
+ H
2
O
CH
4
+

2 O
2
  CO
2
+ 2H
2
O bact.
Metanotrofas
»Algunas c y d de las dorsales oceánicas:
Productores Þ Ecosistemas independientes
del sol
Aceptor final
de
electrones
(diferente
al O
2
)

Comparación
Fotosíntesis y Quimiosíntesis

OTROS PROCESOS ANABÓLICOS
Cetogénesis
Gluconeoneogénesis
Ruta catabólica

Phe
Tyr
Trp
Ser
Gly
Cys
Asp
Met
Lis
Ileu
piruvato
Acetil CoA
Ala
Val
Leu
Funarato
Ácidos grasos
Pro y Arg
Otras rutas
anabólicas

ESQUEMA GENERAL DEL
METABOLISMO

TEST DE REPASO
TEMA 8B

Comenta la importancia de la fotosíntesis en la Biosfera
 Consolidación de los Productores
 Aparición de l oxígeno:
o Þ veneno + diversificación de los aerobios
o Þ Capa de Ozono: Protección y evolución de o. superiores terrestres.
Define en pocas palabras las analogías y diferencias entre fotosíntesis y
quimiosíntesis .
 Analogías:
o C. de Calvin (Fase biosintética)
 Diferencias:
o Obtención de energía y poder reductor: (Fase oxidativa)
 Fotosíntesis:
 E. luminosa: NADPH y (fotofosforilación) Þ ATP
 Quimiosíntesis:
Oxidación s. inorgánicas (fosforilación oxidativa) Þ ATP .
 Flujo inverso de e- Þ NADH
¿Qué papel juegan el ATP y el NADPH en la fotosíntesis? ¿En qué etapa de la
misma se sintetizan y consumen respectivamente?
 a) Energía y poder reductor para la biosíntesis orgánica
 b) F. Luminosa (producción) y F. oscura (consumo para biosíntesis)

Describe, a partir de una representación gráfica, el proceso de fotofosforilación
acíclica . Indica como se reciclan los coenzimas obtenidos en dicho proceso .
Se recilan oxidándose en el ciclo de Calvin

¿A qué se debe el hecho de que las plantas superiores necesiten dos tipos
de fotofosforilación , la cíclica y la acíclica? Ayúdate de una representación
grafica.
La fotofosforilación acíclica o esquema en Z produce 1 ATP y un NADPH por
ciclo, sin embargo los requerimientos de ATP y NADPH en el ciclo de Calvin son
diferentes; se necesitan 12 NADPH y 18 ATP para la síntesis de una glucosa. El
aporte extra de ATP lo proporciona la fotofosforilación cíclica o esquema en D, ya
que solo genera ATP , no necesitando la foltolisis del agua por lo que es
anoxigénica

F. Fijación
F. Regeneración
F. Reducción
Describe las etapas del ciclo de Calvin, indicando los procesos que nos
permitan la síntesis de una molécula de glucosa. Indica que enzima permite
el proceso inicial de fijación del CO
2
.
Enzima Rubisco: (Ribulosa 1-5 difosfato-carboxilasa-oxigenasa)

Define anabolismo: cita un proceso anabólico que tenga lugar en una célula animal y
otra vegetal .
Parte del metabolismo que incluye el conjunto de procesos químicos de tipo reductor,
divergente y endergónico que permiten a las células sintetizar moléculas orgánicas
complejas a partir de moléculas más simples.
Animal: Glucogenogénesis, GLUCONEOGÉNESIS, traducción …
Vegetal: Fotosíntesis, sint de almidón, …
Concepto de quimiosíntesis y principales diferencias respecto a la fotosíntesis y
fermentación.
a)Procesos biosintericos (anabólicos) en los que los organismos implicados obtienen la energía y el poder reductor
necesarios para síntesis orgánica, a partir de la oxidación de sustancias inorgánicas sencillas a partir de
mecanismos basados en la fosforilación oxidativa.
b)
Quimiosíntesis:
1º Fase oxidativa
a) ATP x oxidación de s. inorgánica (fosforilación oxidativa)
b) NADH: flujo inverso de e-
2º Síntesis orgánica (P. anabólico, reductora)
Fotosíntesis:
1º F. luminosa:
a) ATP x fotofosforilación
b) NADPH x fotolisis o flujo inverso (bacterias no cianoficeas)
2º síntesis orgánica (P. anabólico)
Fermentación: (P: catabólico)
1º ATP x oxidación parcial de s. orgánica (fosforilación a n. de sustrato)
2º reciclado de coenzimas (NADH ® NAD
+
) : fase reductora

Cita un proceso biológico que consuma ATP. Indica en qué lugar de la célula se sintetiza
el ATP ¿cuál es el mecanismo de su síntesis? ¿de dónde proceden los electrones que
permiten su síntesis? Razona la respuesta.
 C. de Calvin
 Cloroplastos:
 Fotofosforilación:
 Electrones de:
 fotolisis del H
2
O
 Los centros de reacción (P680 y P700)
 Citosol :
 Fosf. a nivel de sustrado
 Electrones de la oxidación de moléculas orgánicas directamente (los ceden al
coenzima NAD+
 Mitocondrias :
 Fosforilación oxidativa y a nivel de sustrato (GTP).
 Electrones de la oxidación de moléculas orgánicas directamente o indirectamente
(los ceden a los coenzimas NAD+ y FAD).

A partir de la ecuación general de la fotosíntesis, indica el destino teórico
de los distintos átomos que forman parte de las reactivos iniciales.
6 CO
2
+ 12 H
2
O → HEXOSA (C
6
H
12
O
6
) + 6O
2
+ 6 H
2
O

El principio de la termodinámica que dice que la energía no se crea ni se destruye
sino que se transforma se aplica también a los seres vivos, pues estos son activos
intercambiadores de materia y energía con el entorno. ¿En qué forma puede captar
energía una célula y en qué la transforma mediante: a) la fotosíntesis y b) la
respiración celular? ¿Para qué utiliza la célula esta energía así obtenida en ambos
casos? Razona la respuesta.
a)E. luminosaÞ E. química (ATP(fotofosforilación), NADPH) para la biosintesis
b)E. química (¿protónmotriz?) Þ E. química (oxidación de MO): ATP (Fosforilación
oxidativa y a n. de S )+ E. calorífica
1.Biosíntesis
2.Contracción (movimiento) o
3.Mantenimiento de gradientes (membranas)
Aunque los aminoácidos de la dieta deberían ser utilizados por el
organismo para la formación de proteínas no siempre ocurre así y en
muchos casos pueden ser catabolizados. ¿Qué beneficio puede obtener el
organismo de la oxidación de un aminoácido? ¿qué productos de desecho
se generarían tras la degradación total de los aminoácidos en condiciones
aeróbicas? Razona la respuesta:
Beneficio: energía ante carencia de nutrientes energéticos por degradación total
hasta CO2 y H2O o por síntesis de glucosa o ácidos grasos (aa glucogénicos y
cetogénicos).
Productos:
NH
3
(x desaminación), En ureotélicos el NH3 pasa a urea…
CO
2
, H
2
O (x. degradación de cetoácidos).

Si el proceso fotosintético se resumiese en una reacción química ¿cuáles serían los
productos de partida y cuales los obtenidos en el proceso? ¿Qué función desempeñan en
este proceso los pigmentos fotosintéticos? Partiendo de la base de que un individuo que
realiza la fotosíntesis se considera autótrofo, es decir puede sintetizar sus propias
biomoléculas ¿en qué forma y de dónde obtendría los átomos de nitrógeno necesarios para
sintetizar sus aminoácidos? Razona la respuesta y pon ejemplo.
 6 CO
2
+ 12 H
2
O ®1 glucosa + 6 O
2
+ 6 H
2
O.
 Los pigmentos captan e. luminosa que transformada en e. química permite la síntesis
orgánica:
o CCL: Captación y transmisión de e por resonancia
o Clorofilas del C.de R: excitación electrónica Þ clorofila muy reductora
 Fuente de N :
oLa mayoria de nitratos
oAlgunos de NH4
+

oN
2
(ej leguminosas en simbiosis con Rhizobium)

¿Puede un organismo considerado autótrofo asimilar el anhídrido
carbónico en ambientes apartados de la luz solar u otra fuente de luz?
Razona la respuesta y en caso afirmativo pon un ejemplo de organismo
que utilice esta estrategia.
Si, quimiosintéticos (quimiolitotróficos), ej. Nitrosomonas, etc.
Elabora un texto coherente (no más de diez líneas).en el que se
relacionen los siguientes compuestos y estructuras: CO
2
, O
2
, NADPH,
Glucosa, fotosíntesis, H
2
O, cloroplastos.
Texto sobre fotosíntesis, con somera descripción de: etapas: F. luminosa:
fotolisis de H
2
O y producción de O2, ATP, NADPH. F. oscura: consumo de
ATP y NADPH, fijación de CO
2
y síntesis de Glucosa. También localización
celular de cada proceso (cloroplasto) y conclusión final con ecuación general: 6
CO
2
+ 12 H
2
O ®1 glucosa + 6 O
2
+ 6 H
2
O.
En el fenómeno biológico representado en la figura identifica la
estructura A y la ruta metabólica B. Pon nombre a los integrantes y
comenta el papel del ATP y NADPH en este proceso.
Fenómeno: Fotosíntesis
A: Tilacoides (grana)Þ fase luminosa ¿: entra H
2
O y sale O
2
B: Ciclo de CalvinÞ fase oscura ¿: entra CO
2
y sale glucosa
(C
6
H
12
O
6
)
ATP: Se forma en fase luminosa y se consume en fase oscura
para la síntesis orgánica (proporciona energía de enlace)
NADPH: Se produce en la fase luminosa y se consume en la f.
oscura, aporta H para la síntesis orgánica (fuente de H) que junto
con el CO
2
produce moléculas orgánicas como la glucosa.

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