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Fotosíntesis y anabolismo autótrofo
- 1. Anabolismo autótrofo Fotosíntesis y Quimiosíntesis
- 2. Fotosíntesis H2 X + Y Fotosíntesis oxigénica Proceso X = O2 Y = CO2, 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) H2 Y + X Fotosíntesis anoxigénica X = S,... Y = sales minerales y nitratos Bacterias verdes del azufre, púrpuras sulfúreas y no sulfúreas: bacterioclorofila Arqueobacterias: bacteriorrodopsina
- 3. Fotosíntesis oxigénica Reacción general: H2O + CO2+ Luz + clorofila 6H2O + 6CO2+ Luz + clorofila (CH2O) + O2+ H2O 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
- 4. Potencial redox electropositivo Los fotosistemas Potencial redox electronegativo Antena: pigmentos (clorofilas, carotenos, xantofilas,...), lípidos y proteínas. Centro de reacción (P) P D A D, dador de e- P, pigmento: clorofila A, aceptor de a y proteínas eFS H2O II λ = 680 nm Q FS Plastocianina I λ = 700 nm X
- 5. Fase lumínica de la fotosíntesis Potencial redox (mV) -800 2NADP2H -600 X 4e- Fd -400 Q -200 0 4H+ 200 400 600 800 PQ 4e- O2 4e- Pc 4e 4e- H2O Mn 4e- b6-f - 4eATP Z 1000 Nr 2NADP 4e4e- 4e- FSI luz FSII luz Dirección del flujo de electrones
- 6. Rendimiento de la fase lumínica Proceso no cíclico Gasto: 2 moléculas de agua Luz 2 moléculas de NADP 1 molécula de ADP + Pi Rendimiento: 2 moléculas de NADP2H 1 molécula de ATP Proceso cíclico Gasto: Luz 1 molécula de ADP + Pi Rendimiento: 1 molécula de ATP
- 7. Fotofosforilación H+ H+ 2NADP Luz Luz 2NADP2H 4e- 4H+ ATP estroma ADP + Pi Q 4e Fd FSII 4e4e- FSI PQ 4e 4e4ePC Z 4eb6-f 4e4H H2O O2 + H+ H+ H+ membrana del tilacoide partícula F espacio tilacoidal
- 8. 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
- 9. Ciclo de Calvin-Benson 6CO2 12 ADP 12 ác. 1,3 difosfoglicérico (3C) 6 ribulosa bifosfato (5C) 6 ATP 12 ATP 12 ác. 6 fosfoglicérico (3C) ribulosa bifosfato carboxilasa 6 ADP + Pi 12 NADP 12 NADP2H 12 Pi 12 gliceraldehido 3P (3C) 4: 5C 2 5C 2: 4C 2: 7C 2: 3C 2: 3C 2: 6C 2: 3C 4: 3C 6: 3C Fructosa 6 P Glúcidos y materia orgánica
- 10. Modificaciones del ciclo de Calvin Fotorrespiración: 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 CO2 O2 células estomáticas con cloroplastos Estoma abierto O2 ribulosa biP + O2 ciclo de rubisco oxidación Calvin CO2 Estoma cerrado CO2 + otros productos orgánicos oxidación ác. Fosfoglicérico (3C) + ác. Fosfoglicólico (2C) cloroplasto peroxisoma
- 11. Plantas C4. Ruta de Hatch-Slack Otra 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. CO2 oxalacético (4C) NADP2H fosfoenolpirúvico (3C) RUTA DE HATCH-SLACK NADP AMP málico (4C) málico (4C) Célula del mesófilo ATP pirúvico (3C) pirúvico (3C) Célula perivascular azúcares CO2 NADP NADP2H Plantas crasuláceas: cactus. Ambientes muy secos. Se abren por la noche. Ru biP Calvin Fijan el CO2 en forma de málico en una vacuola
- 12. Factores que influyen en la fotosíntesis favorables: • Concentración de CO2. desfavorables: • Concentración de O2. • Intensidad lumínica (excepto fotooxidación). • La cantidad de agua. otros: El color de la luz La temperatura. Cada especie muestra su intervalo óptimo con suficiente luz y CO2.
- 13. Fotosíntesis anoxigénica No 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 lumínica: sólo fotosistema I en la membrana. lumínica Similar a la etapa cíclica para obtener ATP y acíclica para formar NAD2H. etapa oscura: similar a la vista.
- 14. 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.
- 15. NO3 - NO3 ATP ADP+Pi NADP2H NADP Microorganismos quimiosintéticos NO2 ATP ADP+Pi NADP2H NADPD NH3 aminoácido NH3 CICLO DE CALVIN En el estroma de las células fotosintéticas aminoácido
- 16. Incorporación del Nitrógeno atmosférico Eucariotas no Bacterias heterótrofas N2 Cianobacterias; libres o energía asociadas a hongos: líquenes Bacterias heterótrofas como Azotobacter (O2) o Clostridium (sin O2) simbiosis nitrogenasa NH3 Rhizobium – leguminosas. Importancia ecológica
- 17. 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
- 18. Anabolismo de Glúcidos: gluconeogénesis ADP ATP fructosa di P fructosa 6 P Pi triosas P ADP ATP glucosa 6 P glucosa Pi CO2 GDP+Pi ac. fosfoenolpirúvico GTP ADP+Pi ác. oxalacético 4C ATP NAD2H ác. pirúvico 3C NAD aá ác. pirúvico 3C ác. málico ác. málico ATP NAD CO2 ADP+Pi NAD2H aá ác. oxalacético 4C La glucosa no puede obtenerse del acetilCoA. De los ác. grasos
- 19. Anabolismo de glúcidos: glucogenogénesis Almidón (n+1 glucosas) glucógeno (n+1 glucosas) Almidón (n glucosas) glucógeno (n glucosas) UDP-glucosa ADP-glucosa sacarosa Ciclo de Calvin 6GAP pirúvico UTP glucosa 1 P glucosa 6 P fructosa di P UDP-glucosa UTP glucosa 1 P glucosa 6 P gliceraldehido P glucosa célula vegetal pirúvico ADP ATP gliceraldehido P célula animal
- 20. Anabolismo de lípidos: acilglicéridos NADP2H NADP CH3–CH=CH-COSCoA CH3–CH2-CH2-COSCoA (4C) H2O ác. graso 6C 12C 8C 10C acilglicérido CH3–CHOH-CH2-COSCoA NADP NADPH2 CH3–CO-CH2-COSCoA pirúvico NAD HS-CoA CoA NAD2H CO2 acetilCoA CO2 ATP ADP+Pi acetilCoA CO2 glicerol Lípidos malonilCoA Glúcidos
- 21. Ruta del glioxilato: Glioxisomas en semillas ác. Graso (n C) 2 acetilCoA ác. oxalacético n/2 acetilCoA ác. succínico cuerpo lipídico glioxisoma glucosa hialoplasma
- 22. Quimiosíntesis XH2 oxidación 2H+ energía NAD NAD2H ADP+Pi ATP CO2, NO2-, etc. X glúcidos, lípidos, prótidos, etc. bacterias de la nitrosificación (Nitrosomonas): NH3 a NO2bacterias de la nitrificación (Nitrobacter): NO2- a NO3bacterias 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
- 23. 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).