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BLOQUE III: METABOLISMO
TEMA 18: ANABOLISMO
TEMA 18: ANABOLISMO
NUTRICIÓN
Organismos según la forma de obtener el carbono:
●
Autótrofos.
●
Hetrótrofos.
Organismos según la fuente de energía para sintetizar
ATP:
●
Fototrofos.
●
Quimiotrofos.
TEMA 18: ANABOLISMO
ANABOLISMO
●
Aumento del orden biológico → aporte de energía
Biosíntesis acoplada a la hidrólisis de ATP
●
Se llevan a cabo reacciones de reducción → oxidación de
NADH o NADPH
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FOTOSÍNTESIS
●
Energía de la luz → energía química almacenada en
forma de ATP.
●
Fotosíntesis oxigénica: se libera oxígeno.
●
Fotosíntesis anoxigénica: no se libera oxígeno.
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Fase lumínica
●
Imprescindible la luz (captada por células fotorreceptoras en las
membranas tilacoidales).
●
Se obtiene ATP y NADPH.
●
En los tilacoides de los cloroplastos.
Fase oscura
●
No se necesita luz.
●
Biosíntesis de compuestos orgánicos. A partir del CO2.
●
Se utiliza el ATP y el NADPH.
●
En el estroma de los cloroplastos.
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FASE LUMÍNICA
1. Captación de energía luminosa.
2. Transporte electrónico dependiente de la luz.
3. Síntesis de ATP o fotofosforilación.
Membrana tilacoidal: complejo antena (sistema de
captación de la luz), cadena de transporte electrónico,
ATPasas.
TEMA 18: ANABOLISMO
1. Captación de la luz.
●
Pigmentos fotosintéticos absorben la energía de la luz a
diferentes longitudes de onda.
Clorofilas y carotenoides.
–
Clorofilas: Anillo tetrapirrólico con un átomo de
magnesio en el centro. Al anillo se le une un alcohol de
20 C, el fitol. Clorofila a y clorofila b (auxiliar).
–
Carotenoides: Terpenos. Unión de varias unidades de
isopreno.
●
●
Los pigmentos se asocian a proteínas en las membranas
tilacoidales, formando los complejos antena.
Los pigmentos absorben la energía de la luz a diferentes
longitudes de onda y la transmiten al centro de reacción.
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2. Transporte electrónico dependiente de la luz.
●
Excitación del centro de reacción: los electrones pasan a un
nivel energético superior → la molécula de clorofila queda
convertida en un reductor muy potente: tiende a ceder los
electrones.
Fotosistema: molécula de clorofila del centro de reacción
asociada a unas moléculas aceptoras de electrones.
●
Fotosistema I: cenTro de reacción P700.
●
Fotosistema II: centro de reacción P680.
TEMA 18: ANABOLISMO
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●
Si el aceptor final de electrones es el NADP +, el flujo electrónico es
abierto. Se obtiene NADPH.
Si el aceptor final de electrones es el propio centro de reacción,
hablamos de flujo electrónico cíclico.
Cadena de transportadores electrónicos:
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Feofitina.
●
Plastoquinona.
●
Complejo del citocromo b-f.
●
Plastocianina.
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Flujo electrónico abierto
●
Transporte de electrones desde el agua al NADP+.
●
Podemos dividirlo en 3 tramos:
1. Reducción del NADP+.
Excitación del fotosistema I: los electrones son
transferidos a la ferredoxina → el NADP + se reduce a
NADPH.
El fotosistema I queda cargado positivamente, por lo que
necesita recibir electrones para poder repetir el proceso.
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2. Recuperación de los electrones cedidos por el
fotosistema I.
Cuando el fotosistema II es excitado, cede electrones a la
cadena de transportadores → el fotosistema I recupera los
electrones perdidos.
3. Recuperación de los electrones cedidos por el
fotosistema II.
Recibe electrones del agua (fotolisis del agua)
TEMA 18: ANABOLISMO
TEMA 18: ANABOLISMO
3. Síntesis de ATP o fotofosforilación.
●
●
●
●
Proceso mediante el cual se sintetiza ATP en la fase
lumínica de la fotosíntesis.
Al transportar electrones a través de la cadena
transportadora, se bombean protones desde el estroma
hasta el espacio interior del tilacoide → formación de un
gradiente de protones.
Los protones vuelven al estroma mediante las ATPasas
translocadoras de protones.
El flujo de protones libera energía → fosforilación del ADP
TEMA 18: ANABOLISMO
●
●
Si el flujo electrónico es abierto, la fotofosforilación se
llama fotofosforilación no cíclica.
En caso contrario: fotofosforilación cíclica → sistema
primitivo de obtención de ATP a partir de la energía
lumínica.
TEMA 18: ANABOLISMO
TEMA 18: ANABOLISMO
Fotosíntesis bacteriana
●
Pigmentos
y
transportadores
electrónicos:
invaginaciones de la membrana celular.
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Bacterioclorofilas y carotenoides.
●
Un fotosistema.
●
Fotofosforilación cíclica.
●
en
No utilizan el agua como donador electrónico → no se
desprende oxígeno → fotosíntesis anoxigénica.
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FASE OSCURA
Ciclo de Calvin
●
Fijación del CO2.
●
Reducción del átomo de carbono procedente del CO2.
●
Regeneración de la ribulosa-1,5-difosfato.
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1. Fijación del CO2.
●
Incorporación del átomo de C a la ribulosa-1,5-difosfato.
Enzima: ribulosa-1,5-difosfato carboxilada (rubisco).
●
Se obtienen dos moléculas de 3-fosfoglicerato.
2. Reducción del átomo de carbono procedente del CO 2.
●
●
Fosforilación → 1,3-difosfoglicerato
Reducción del átomo de C incorporado (donador de
electrones: NADPH) → gliceraldehído-3-fosfato.
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●
Papel del gliceraldehído-3-fosfato:
–
Síntesis de hexosas.
–
Obtención de energía mediante la glucólisis.
–
Precursor metabólico en rutas anabólicas.
–
Regeneración de la ribulosa-1,5-difosfato.
3. Regeneración de la ribulosa-1,5-difosfato
●
Gliceraldehído-3-fosfato → ribulosa-1,5-difosfato.
●
Enzima: fosforribuloquinasa.
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Estequiometría del ciclo de Calvin:
●
En cada vuelta, se fija un átomo de carbono.
CO2 → 2 moléculas de 3-fosfoglicerato → 2 moléculas de
gliceraldehído-3-fosfato
●
●
●
Fijación de 6 moléculas de CO2 → obtención de una molécula de
hexosa. → 6 vueltas
Para incorporar 6 moléculas de CO 2, la enzima rubisco necesita 6
moléculas de ribulosa-1,5-difosfato y se obtienen 12 moléculas de 3fosfoglicerato.
Para reducir las 12 moléculas de 3-fosfoglicerato se necesitan 12
moléculas de ATP y 12 de NADPH.
TEMA 18: ANABOLISMO
●
Se obtienen 12 moléculas de gliceraldehído-3-fosfato
(total: 36 átomos de C): 1 hexosa (6 átomos C) + 6
ribulosa-5-fosfato (total: 30 C).
●
Se necesitan 6 ATP para obtener 6 ribulosa-1,5-difosfato.
●
Total: 18 ATP y 12 NADPH.
TEMA 18: ANABOLISMO
TEMA 18: ANABOLISMO
Actividad 1 de la página 250:
a) Obtener NADPH, que será empleado en la síntesis de
moléculas orgánicas durante la fase oscura.
Provocar la formación de un gradiente quimiosmótico
entre ambas caras de la membrana, que se empleará en
la producción de ATP.
El fotosistema II recibe electrones del agua en un proceso
llamado fotolisis del agua, en el que se libera O2.
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b) La clorofila absorbe la luz, que inicia el proceso de
fotofosforilación:
La energía contenida en los fotones de la luz impulsa
determinados electrones de la molécula de clorofila del centro
de reacción hasta niveles muy altos.
Los electrones descienden por una cadena de moléculas
transportadoras de electrones hasta un aceptor final de
electrones, el NADP+, que se reduce a NADPH.
El flujo de electrones en la cadena de electrones genera un
gradiente quimiosmótico de protones que se emplea en la
producción de ATP.
TEMA 18: ANABOLISMO
c) El ATP se usa para la fijación y la reducción del CO 2 a
moléculas orgánicas.
d) El agua es la fuente de electrones: los electrones se
transfieren desde el agua hasta el NADP+, implicando a
dos fotosistemas que operan conjuntamente.
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Actividad 4 de la página 256:
a) La ribulosa-1,5-difosfato carboxilasa es la enzima que cataliza
la incorporación del CO2 a la ribulosa-1,5-difosfato en el ciclo de
Calvin para formar dos moléculas de 3-fosfoglicerato.
b) ATP-sintetasa: complejos enzimáticos transmembrana que
acoplan el paso de protones con la fosforilación del ADP para
sintetizar ATP.
c) Un fotosistema es donde tienen lugar los procesos químicos
dependientes de la luz.
d) Transportar electrones.
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Actividad 5 de la página 257:
a) Plantas y algas. Fase lumínica: tilacoides. Fase oscura: estroma.
b) 6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + O2
c) Finalidad: asimilación del CO2 . Se incorpora el C del CO2 a una
molécula orgánica que permite la formación de un precursor
metabólico (gliceraldehído-3-fosfato), a partir del cual se pueden
sintetizar moléculas orgánicas.
Fijación del CO2
Reducción del átomo de C procedente del CO2
Regeneración de la ribulosa-1,5-difosfato.
TEMA 18: ANABOLISMO
FOTORRESPIRACIÓN
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●
●
Rubisco: carboxilasa y oxigenasa.
Si disminuye la concentración de CO2 o aumenta la concentración de
O2, actúa como oxigenasa → el O2 compite con el CO2 como sustrato
de la enzima. Proceso: fotorrespiración → limitación de la eficacia
fotosintética.
Pantas C4: adaptadas a climas calurosos con elevada insolación.
–
Captan el CO2 por la noche (abren los estomas sin peligro de
pérdida de agua) y lo almacenan en forma de ácido málico, que se
incorpora al ciclo de Calvin durante el día.
–
Esta fijación del C se llama ciclo de Hatch-Slack. Mayor consumo
de ATP y NADPH, pero se compensan las pérdidas por
fotorrespiración.
TEMA 18: ANABOLISMO
TEMA 18: ANABOLISMO
FACTORES QUE INFLUYEN EN LA FOTOSÍNTESIS
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LUZ.
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CONCENTRACIÓN DE CO2.
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CONCENTRACIÓN DE O2.
●
TEMPERATURA.
●
HUMEDAD.
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QUIMIOSÍNTESIS
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Bacterias nitrificantes
NH4+ + 3/2 O2 → NO2- + 2H2 + H20
NO2- + ½ O2 → NO3-
●
Bacterias sulfooxidantes
H 2S + ½ O 2 → S + H 20
●
S + 2O2 → SO42-
Bacterias ferrooxidantes
2Fe2+ + 2H+ + ½ O2 → 2Fe3+ + H20
●
Bacterias oxidantes del hidrógeno molecular
TEMA 18: ANABOLISMO
BIOSÍNTESIS DE POLISACÁRIDOS
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●
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A partir de monosacáridos.
Glucógeno: la glucosa se activa uniéndose a UTP (uridín
trifosfato).
Almidón: la glucosa se activa uniéndose a ATP.
TEMA 18: ANABOLISMO
GLUCONEOGÉNESIS
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●
●
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Se sintetiza glucosa a partir de compuestos orgánicos no
glucídicos.
Se inicia en las mitocondrias. En su mayor parte ocurre en el
citosol.
Ruta inversa a la glucólisis.
Proceso energéticamente desfavorable: 6 ATP por cada molécula
de glucosa que se sintetiza.
●
Sustrato inicial: piruvato.
●
Producto final: glucosa.
TEMA 18: ANABOLISMO
Actividad PAU 2015 Madrid
Referente al metabolismo celular:
a) Indique el sustrato inicial y el producto final de la
gluconeogénesis, especifique si se trata de una ruta
anabólica o catabólica, localice el compartimento celular
donde se realiza e indique el balance energético de este
proceso.
Sustrato: piruvato. Producto final: glucosa. Ruta anabólica.
TEMA 18: ANABOLISMO
BIOSÍNTESIS DE ÁCIDOS GRASOS
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●
●
●
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Proceso diferente de la degradación de ácidos grasos (no inversa) →
interviene el malonil-CoA.
Ocurre en el citoplasma (la degradación ocurre en las mitocondrias). En las
células vegetales fotosintéticas: en el estroma del cloroplasto.
Precursor metabólico: acetil-CoA.
Una molécula de acetil-CoA actúa como cebador. Otra sufre una carboxilación
y se convierte en malonil-CoA (enzima: acetil-CoA carboxilasa).
El malonil-CoA se condensa con el acetil-CoA cebador, produciéndose una
descarboxilación.
●
Se origina una cadena de un ácido carboxílico de 4 C.
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Las demás unidades de 2 C se unen a la cadena en forma de malonil-CoA.
TEMA 18: ANABOLISMO
BIOSÍNTESIS DE TRIGLICÉRIDOS
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Se necesitan 3 moléculas de ácidos grasos y 1 de
glicerina.
–
La glicerina se une a un grupo fosfato.
–
Los ácidos grasos se unen a la CoA.
Se produce la esterificación de 3 moléculas de ácidos
grasos con 1 de glicerina.
Se sintetizan en el citoplasma de las células hepáticas y
en los adipocitos.
TEMA 18: ANABOLISMO
BIOSÍNTESIS DE AMINOÁCIDOS
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Síntesis del esqueleto carbonado a partir de precursores
metabólicos.
Incorporación del grupo amino.
Según el precursor del que parte la síntesis del esqueleto
carbonado, los aa se agrupan en diferentes familias.
TEMA 18: ANABOLISMO
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Bacterias: algunas son capaces de fijar el N atmosférico
para formar compuestos nitrogenados.
Plantas: pueden fijar el N en forma de nitratos que
abundan en el suelo y los reducen a grupo amino.
Enzimas: nitrato-reductasa y nitrito-reductasa.
Animales: aa adquiridos por la ingesta de alimentos →
transaminaciones (enzimas: transaminasas).
TEMA 18: ANABOLISMO
BIOSÍNTESIS DE BASES NITROGENADAS
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Dos vías:
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A partir de precursores metabólicos.
–
A través de la recuperación de bases liberadas en el
catabolismo de los ácidos nucleicos.
Biosíntesis de bases púricas: a partir de la ribosa fosfato, a
la que se le unen el resto de átomos. Interviene el ácido
fólico.
Biosíntesis de bases pirimidínicas: el anillo se sintetiza por
completo antes de su unión a la pentosa.