Anabolisme autòtrof

1. BIOLOGIA II
L’ANABOLISME AUTÒTROF

2. CONTINGUTS
•Identificació de les característiques generals de l’anabolisme.
•Coneixement dels tipus i les etapes de la fotosíntesi.
•Comparació entre fotosíntesi i quimiosíntesi.
•Localització cel·lular de les diferents vies metabòliques.
•Anàlisi del procés de regulació del procés fotosintètic.

3. L’ANABOLISME
Via constructiva del metabolisme
Síntesi de molècules
Orgàniques a partir de M.I.
Síntesi de molècules
Orgàniques a partir de M.O.
més simple

4. LA FOTOSÍNTESI
- Conversió d’energia lluminosa en energia química, que queda
emmagatzemada en molècules orgàniques.
- Dos tipus segons el que s’allibera a l’atmosfera:
1. Fotosíntesi oxigènica
2. Fotosíntesi anoxigènica (bacteris porpres i verds del Sofre)
Tres tipus, principalment, segons el tipus d’àtom que s’incorpora
a la matèria orgànica:
1. Fotosíntesi dels compostos del carboni
2. Fotosíntesi dels compostos del nitrogen
3. Fotosíntesi dels compostos del sofre

5. CLOROFIL·LA
CO2
H2O
SALS
O2
M.O.

6. Estructures fotosintetitzadores
Una cèl·lula eucariota té de 30 a 40
cloroplasts, 500.000 cloroplasts/mm2
Els Cianobacteris
tenen els til·lacoids
al citoplasma
Els bacteris
anoxigènics no
tenen til·lacoids

7. ELS FOTOSISTEMES
La Fotosíntesi es divideix de dues fases:
1. FASE DEPENDENT DE LA LLUM (LLUMINOSA):
Fase de conversió de l’energia llumínica en energia
química ATP.
2. FASE INDEPENDENT DE LA LLUM (FOSCA) :
Utilització del CO2 i l’energia química (ATP) per
sintetitzar molècules orgàniques

8. FASE DEPENDENT DE LA LLUM
(Lluminosa o fotoquímica):
Conjunt de reaccions que transformen l’energia solar
en ATP.
Es produeix als Til·lacoids del Cloroplast gràcies a
unes associacions moleculars on participen els
PIGMENTS FOTOSINTÈTICS.. Les associacions
moleculars es diuen FOTOSISTEMES

9. Els fotosistemes
Són centres on s’agrupen pigments fotosintètics, entre
ells la clorofil·la, la seva funció és captar fotons de
llum .
Hi ha 2 tipus de FOTOSISTEMES: PSI i PSII

10. Pigments fotosintètics i absorció de la llum
Porfirina de Mg
Fitol
CH3
CHO
Clorofila a Clorofila b Bacterioclorofila

11. Pigments fotosintètics i absorció de la llum
Beta-caroteno
Luteina
Els carotenoids són tetraterpens
(40-C) de color groc, taronja o
vermell, presentes en tots els
organismes fotosintètics.
Existeixen dos tipus de
carotenoids: els carotens
(hidrocarburs típics, com el beta
caroté) y las xantofiles (derivats
oxigenats dels carotenoides, com
la luteïna).
Els carotenoids actuen com pigments fotosintètics en tots els organismes
fotosintètics. A més d’absorbir la llum, que posteriorment transfereixen a les
clorofil·les, aquests pigments eviten la fotooxidació de la clorofil·la. Por això,
qualsevol mutació que afecti a la biosíntesi dels carotenoids és letal per les
plantes.

12. Espectre llum visible

13. Un fotosistema és una
associació de pigments
que capten el màxim de
fotons.

14. Quan un fotó arriba a
una molècula de
pigment en un
complexe captador de
llum, l'energia passa de
molècula a molècula
fins que arriba all centre
de reacció.
Al centre de reacció, un electró excitat d’una de les
dues molècules de clorofil·la a és capturat pel
principal acceptor electrónic.

15. Representació d’un FOTOSISTEMA
Al centre de reacció hi ha 2
molècules de Clorofil·la α o
PIGMENTS DIANA

16. TIPUS DE FOTOSISTEMES
FOTOSISTEMA I PSI, P700
El pigment diana capta la llum de 700nm ( P700 ). Els e-perduts
pel PSI els rep d’un donador d’electrons, la
Plastoquinona.

17. TIPUS DE FOTOSISTEMES
FOTOSISTEMA II PSII, P680
El pigment diana capta la llum de 680nm ( P680 ). Els e-perduts
pel PSII els rep de l’aigua per un procés anomenat
fotòlisi.

18. FASE LLUMINOSA (esquema general)
Repàs de la
fotosíntesi

19. Fase Lluminosa acíclica
Els fotons captats pel CR del PSII (P680)
produeix els següents processos.
1. Fotolisi de l’aigua. La pèrdua d’un e-pel
fotosistema és remplaçat pels
que deixa l’aigua en trencar-se.
Com a producte es produeix O2 i H+
2. Fotofosforilació de l’ATP. Els e- del PSII passen a la PQ que bombeja dos protons
de l’estroma al tilacoide mentre li cedeix al complexe de citocroms b-f i creen
un gradient electroquímic . Els H+ passen a l’estroma per les ATP sintetases
(teoria quimiosmòtica de Mitchel). El complexe b-f li passa els electrons a la PC
3. Fotorreducció del NADP+: Quan els fotons exiten els electrons del CR del PSI els
cedeix a una proteïna FERRIDOXINA i els remplaça amb els de la PC.
La Fd passa els electrons a la NADP-reductasa que formarà NADPH + H+

20. Balaç Fase lluminosa acíclica
Fase
lluminosa
Fase
lluminosa
1. Fotòlisi de l’aigua:
H2O + 2 fotons 1/2O2 + 2H+ + 2 e-
2. Fotoreducció del NADP+ :
NADP+ + 2H+ + 2e- NADPH + H+
3. Balanç total:
Photosinthe
sis

21. Fase lluminosa cíclica
Només intervé el PSI.
El e- passen de la Fd al citocrom b6 i
aquest a la PQ bombant 2 H+ a l’interior
del tilacoide que desprès passaran pe
l’ATP sintetasa cap a l’estroma.
Es produeix amb llum de λ> 680 nm
(roig llunyà)
Cyclic
Photosynthesis

22. Fase fosca o BIOSINTÈTICA
Es produeix a l’estroma del CP
Són un conjunt de reaccions que
aprofiten el ATP i el NADPH de la
fase lluminosa per produir
molècules orgàniques a partir del
CO2 de l’aire i les sals minerals
del sòl ( NO3 SO4
Fase fosca
2-)
No necessita la presència de la
llum

23. Fase Fosca Síntesi de compostos de Carboni
CICLE DE Calvin
Es distingeixen 2 processos:
1. Fixació del CO2. El CO2 de l’aire s’uneix a una pentosa que dóna lloc a una
molècula de 6C molt inestable de 3C. Les plantes que segueixen aquesta via
es diuen C3.
Ribulosa-difosfat-carboxilasa-oxidasa (RUBISCO)

24. Fase Fosca Síntesi de compostos de Carboni
CICLE DE Calvin
2. Reducció del CO2 fixat. El PG amb l’ATP i el NADPH de la fase lluminosa
es redueix a Gliceraldehid 3P (GAP), aquest pot seguir 3 vies:
1. Via de les pentoses fosfat que
regeneren la Ribulosa 2P.
2. Síntesi de midó, aa i àcids grassos.
3. Síntesi de glucosa i fructosa aquesta es
dóna al citoplasma cel·lular

25. Balanç Global de la fotosíntesi oxigènica del
carboni

26. Fotosíntesi dels compostos orgànics nitrogenats i dels compostos
orgànics amb sofre
sulfat sulfit

27. Fotorespiració
Es dóna quan en el centre actiu de Rubisco
s’uneix O2en lloc de CO2. Aleshores es
desencadena un cicle de fotorespiració, en el
qual es gasta O2 i que pot arribar a rebaixar el
rendiment fotosintètic de la planta fins un
50%.
El desencadenant és una alta quantitat de
llum, que fa que augmenti la [O2] a l’estroma.
Pot protegir les plantes front un excés de llum en condicions de baixa [CO2], és a
dir, en aquestes condicions pot ser una via per dissipar l’excés d’ATP i NADPH als
tilacoides, evitant així danys sobre l’aparell fotosintètic. Es per aquest motiu que
un procés que, en teoria, no és beneficiós ha perdurat al llarg de l’evolució de les
plantes.

28. Plantes C4 i CAM
• Per minimitzar les conseqüències de la fotorespiració algunes espècies de plantes
d’evolució recent i que viuen en entorns àrids i secs han desenvolupat mecanismes
per augmentar la [CO2] al voltant de la Rubisco, dos exemples són les plantes C4 i
les plantes CAM.
C4 Són plantes tropicals, fan la ruta de Hatch-
Slack, tenen 2 tipus de cloroplasts, unes en les
cèl·lules internes bordejant els vasos conductors
i altres a les cèlules del parènquima
perifèric(mesòfil).
Capten el CO2 amb una àcid fosfoenolpirúbic
PEP i el transporten al mesoderm per alliberar-lo
i fer el Cicle de Calvin.

29. 29
Plantas C4

30. 30
Plantas CAM

31. Les plantes CAM viuen en
ambients molt càlids i
aixuts, per no perdre aigua
han de tancar els estomes i
fer la fotosíntesi amb el CO2
guardat durant la nit

33. Factors que influeixen en la fotosíntesi
• Temperatura:
Un sistema enzimàtic augmenta el
seu rendiment amb la tra, fins que
apareix la desnaturalització

34. Concentració de CO2 Concentració de O2
Factores
Disminueix l’eficàcia per
afinitat amb la RUBISCO en la
fotorrespiració
Intensitat lluminosa
Plantes de sol i
d’ombra. Amb
molta llum pot
apareixer la
fotorrespiració
Escasetat d’aigua

35. La fotosíntesi anoxigènica
Fa 3400 m.a. van apareixer els
primers microorganismes
fotosintètics, amb pigments
(bacterioclorofil·la) .
No produien O2
Només tenien el PSI i utilitzen la fase
lluminosa cíclica. Utilitzen com a
donador d’electrons l’H2S.
Bacteris verds i púrpures del Sofre
Columna
winogranski

36. 3. La Quimiosíntesi
síntesi d'ATP a partir de l'energia
que es desprèn de determinades
substàncies inorgàniques en les
reaccions d'oxidació.
Els organismes que realitzen aquests processos es denominen quimioautòtrofs.
Tots són bacteris.
Tanquen els cicles biogeoquímics, possibilitant la vida en el planeta i tornant al
substrat les substàncies procedents de l'oxidació de matèria de descomposició
dels organismes morts.
D'aquesta manera, les restes dels éssers vius es transformen en sals minerals
de nitrogen o sofre que poden ser de nou absorbides pels vegetals.

37. Tipus de bacteris quimiosintètics
- Bacteris incolors del sofre: són aerobis:
H2S + 1/2O2 S + H2O + Energia (50 kcal/mol)
2S + 3O2 + 2H2O 2SO4
2- + 4H+ + Energia (119 kcal/mol)
- Bacteris del nitrogen: oxiden NH3. Dos grups:
1. Bacteris nitrosificants, ex: Nitrosomonas:
2NH3 + 3O2 2NO2
- + 2H+ + 2H2O + Energia (65 kcal/mol)
2. Bacteris nitrificants: oxiden nitrits, ex: Nitrobacter:
NO2
- + ½ O2 NO3
- + Energia (18 kacl/mol)
- Bacteris del Ferro: oxiden compostos ferrosos a fèrrics:
2FeCO3 + 3H2O + ½ O2 2Fe(OH)3 + 2CO2 + Energia (40kcal/mol)
- Bacteris de l’hidrogen: són quimioautòtrofs facultatius:
H2 + ½ O2 H2O + Energia (57 kcal/mol)

48. http://www.slideshare.net/profesorjano/quimi
osintesis