Respiración y fotosíntesis

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Published on February 26, 2014

Author: iessuel

Source: slideshare.net

Unidad 13 Respiración y fotosíntesis 1. Respiración aerobia 2. Catabolismo de los glúcidos 3. Catabolismo de los lípidos 4. Catabolismo de las proteínas 5. Catabolismo anaeróbico 6. Anabolismo 7. Fotosíntesis 8. Fase luminosa de la fotosíntesis. Fotofosforilación 9. Fase oscura. El ciclo de Calvin 10.Quimiosíntesis I.E.S. Los Boliches Biología 2º Bachillerato

1.- Respiración aerobia Todos los ss.vv. Obtienen energía a partir de la oxidación de biomoléculas orgánicas. Proceso: “combustión” controlada y gradual, en pequeños pasos. Caso más general Oxidación completa: productos = CO2 + H2O RESPIRACIÓN AEROBIA Las mitocondrias son las centrales energéticas (céls. eucariotas) “Combustible”: -Glúcidos -Lípidos -Proteínas

2.- Catabolismo de glúcidos (Veremos el caso de la glucosa) 1) Glicolisis = transformación de glucosa en piruvato y producción de 2 ATP 2) Formación del acetil-CoA a partir del piruvato 3) Ciclo de Krebs

2.- Catabolismo de glúcidos 1) Glicolisis = transformación de glucosa en piruvato y producción de 2 ATP Se da en todas las células (en algunas es la única fuente de ATP) Consiste en una secuencia de 10 reacciones catalizadas ennzimáticamente. Ocurre en el citosol (no en la mitocondria).

2.- Catabolismo de glúcidos 1) Glicolisis = transformación de glucosa en piruvato y producción de 2 ATP Primera etapa: Segunda etapa: Reacción global de la glicolisis:

1) Glicolisis = transformación de glucosa en piruvato y producción de 2 ATP Primera etapa:

1) Glicolisis = transformación de glucosa en piruvato y producción de 2 ATP Segunda etapa:

1) Glicolisis = transformación de glucosa en piruvato y producción de 2 ATP Segunda etapa:

1) Glicolisis = transformación de glucosa en piruvato y producción de 2 ATP Primera etapa: Segunda etapa:

2.- Catabolismo de glúcidos 1) Glicolisis ¿Qué ocurre después con el piruvato? Depende del tipo de célula y de la disponibilidad de oxígeno

2.- Catabolismo de glúcidos 1) Glicolisis = transformación de glucosa en piruvato y producción de 2 ATP 2) Formación del acetil-CoA a partir del piruvato Con O2: El piruvato penetra en la mitocondria y se descarboxila oxidativamente para formar acetilCoA y CO2

2.- Catabolismo de glúcidos 1) Glicolisis = transformación de glucosa en piruvato y producción de 2 ATP 2) Formación del acetil-CoA a partir del piruvato Con O2: El piruvato penetra en la mitocondria y se descarboxila oxidativamente para formar acetilCoA y CO2

2.- Catabolismo de glúcidos 1) 2) Glicolisis = transformación de glucosa en piruvato y producción de 2 ATP Formación del acetil-CoA a partir del piruvato 3) Ciclo de Krebs Es la ruta oxidativa final de la glucosa y de la mayoría de los combustibles metabólicos. Su función es oxidar el grupo acetilo del acetil-CoA a CO2, al mismo tiempo que se reducen los transportadores de electrones NAD+ y FAD a NADH y FADH2 8 reacciones catalizadas enzimáticamente, en la matriz mitocondrial

a ción plia m

En cada vuelta del ciclo: -Entra un grupo acetilo (2C) que es oxidado completamente (=> salen 2C en forma de CO2) -Tres NAD+ son reducidas a NADH -Un FAD es reducido a FADH2 -Se forma un GTP (=ATP) Oxalacetato El NADH y FADH2 se oxidarán en la cadena de transporte electrónico…

2.- Catabolismo de glúcidos Fosforilación oxidativa. La cadena respiratoria Se regenera ATP a partir de ADP + Pi de manera acoplada al transporte de electrones desde el NADH hasta el O2: La oxidación del NADH no ocurre mediante una sencilla reacción, sino que ocurre de manera escalonada a través de una cadena de transporte de e- ( = cadena respiratoria, ya que el O2 es el último aceptor de e-)

2.- Catabolismo de glúcidos Fosforilación oxidativa. La cadena respiratoria

2.- Catabolismo de glúcidos

2.- Catabolismo de glúcidos “Haciendo cuentas”: RENDIMIENTO ENERGÉTICO de la oxidación total de 1 glucosa 1) Glicolisis => 2 ATP y 2 NADH + H+ 2) Formación de Acetil-CoA => 2 NADH + H+ 3) Ciclo de Krebs => 2 ATP y 2 FADH 2 y 6 NADH + H+ Total coenzimas reducidas obtenidas: Dado que 1 NADH + H+ 1 FADH2 Oxidación en cadena respiratoria 10 NADH + H + 2 FADH 3 ATP 2 ATP resulta entonces que en la cadena respiratoria se obtienen 34 ATP / glucosa (30 + 4) 34 ATP + 2 ATP (glicolisis) + 2GTP (equivalente a ATP) = 38 ATP Esto equivale a 4 Kcal / gramo de glucosa

3.- Catabolismo de lípidos Triacilglicérido Lipasa Hidrólisis del triglicérido Glicerol + 3 Ácidos grasos HO HO CH3 CH3 (CH2 )14 CO (CH2 )14 CO (CH2 )14 CO O O O Tripalmitina (Ej.) CH HO CH3 CH 2 CH3 CH 2 CH 2 CH CH 2 + 3 H2O + (CH2 )14 COOH CH3 (CH2 )14 COOH CH3 (CH2 )14 COOH Ácido palmítico Glicerina (Ej.) (= glicerol = propanotriol)

(Lo vimos en el tema dedicado a los LÍPIDOS) Triacilglicéridos = Triglicéridos = triacilgliceroles = grasas = grasas neutras Las grasas pueden sufrir HIDRÓLISIS QUÍMICA ENZIMÁTICA Mediante álcalis (= bases) Obtención de jabones (saponificación) Mediante lipasas que digieren (hidrolizan) las grasas saponificación Los jabones emulsionan las grasas

3.- Catabolismo de lípidos Triacilglicérido Lipasa Glicerol + 3 Ácidos grasos ¿Qué ocurre con ellos después?

3.- Catabolismo de lípidos Antes de producirse la beta-oxidación de los ácidos grasos, es necesaria una ACTIVACIÓN: Esto supone un GASTO ENERGÉTICO (todavía no se obtiene energía) = 2 ATP (en la membrana mitocondrial externa)

3.- Catabolismo de lípidos Beta-oxidación de los ácidos grasos 4 Reacciones: 1.- Oxidación 2.- Hidratación 3.- Oxidación 4.- Rotura Resultado: FADH2 NADH + H+ acetil-CoA (por cada vuelta) Se va acortando en 2C la cadena del ác. graso por cada vuelta

3.- Catabolismo de lípidos Beta-oxidación de los ácidos grasos 4 Reacciones: 1.- Oxidación 2.- Hidratación 3.- Oxidación 4.- Rotura Resultado: FADH2 NADH + H+ acetil-CoA (por cada vuelta) Se va acortando en 2C la cadena del ác. graso por cada vuelta ¿Qué ocurre con ellos después? ¿Cuánta energía se obtiene?

3.- Catabolismo de lípidos Beta-oxidación de los ácidos grasos 4 Reacciones: 1.- Oxidación 2.- Hidratación 3.- Oxidación 4.- Rotura Resultado: directamente a A LA CADENA RESPIRATORIA FADH2 NADH + H+ acetil-CoA AL CICLO DE KREBS (por cada vuelta) Se va acortando en 2C la cadena del ác. graso por cada vuelta Mayor obtención de ATP cuanto más largo sea el ác. graso Obtención de ATP

3.- Catabolismo de lípidos RENDIMIENTO ENERGÉTICO: más alto que el del catabolismo de glúcidos Un ejemplo, el Ácido esteárico o estearato CH3-(CH2)16-COOH Activación 146 ATP ! (18C) CoA-SH Estearil-CoA Beta-oxidación (18C) 8 vueltas del ciclo de beta-oxidación AL CICLO DE KREBS A LA CADENA RESPIRATORIA

3.- Catabolismo de lípidos RENDIMIENTO ENERGÉTICO: más alto que el del catabolismo de glúcidos Un ejemplo, el Ácido esteárico o estearato AL CICLO DE KREBS directamente a A LA CADENA RESPIRATORIA x2 x3 24 ATP 16 ATP 40 ATP 108 ATP (12 ATP por cada acetil-CoA) 148 ATP Gasto por activación del estearato = -2 ATP 146 ATP

4.- Catabolismo de proteínas 20 aa diferentes 20 rutas diferentes TRANSAMINASAS Nivel en sangre con valor diagnóstico de problemas del hígado Desaminación En el hígado. Gasto de ATP (“Ciclo de la urea”)

5.- Catabolismo anaeróbico Algunos microorganismos son anaerobios Estrictos (“siempre”) Facultativos (“depende”) (también algunas céls. Animales) -Como no hay O2, el aceptor final de e- (y H+) será otro compuesto -El NADH + H+, como no puede ir a la cadena respiratoria, debe regenerarse (oxidarse) de manera diferente [fosforilación únicamente a nivel de sustrato, no fosforilación oxidativa] -Combustible habitual: glucosa (y también otros azúcares) -Primero ocurre una glicolisis -Después, el piruvato obtenido se transforma… Las FERMENTACIONES permiten este aprovechamiento energético en ausencia de O2

5.- Catabolismo anaeróbico FERMETACIÓN ALCOHÓLICA Glicolisis l Saccharomyces (levaduras)

5.- Catabolismo anaeróbico FERMETACIÓN LÁCTICA (Ácido láctico) Yogur y otros derivados lácteos Bacterias: Lactobacillus y Streptococcus Células animales: en aquellas con pocas mitocondrias y en céls. musculares Agujetas: por acumulación de H +

5.- Catabolismo anaeróbico OTRAS FERMENTACIONES Productos residuales (orgánicos) Sustratos que pueden fermentar, además de la glucosa: -Ácido butírico -Ácido propiónico -Otros ácidos -Butanol -Cetonas como la acetona -Putrescina, cadaverina -etc. -Aminoácidos -Diversos ácidos orgánicos -Purinas, pirimidinas -etc.

6.- Anabolismo -Catabolismo y anabolismo comparten muchas reacciones químicas y sus correspondientes enzimas. -El anabolismo sirve para sintetizar, a partir de nutrientes o de intermediarios de las rutas catabólicas, componentes propios que no se captan del exterior. -El anabolismo requiere energía -Muchas de las vías catabólicas pueden funcionar a la inversa. P.ej. glicolisis y ciclo de Krebs… -Metabolismo autótrofo… (página siguiente)

6.- Anabolismo Anabolismo autótrofo (fotoautótrofo: fotosíntesis) - Primero sintetizan glucosa y después la catabolizan. -Fuente de C: CO2 -Otro sustrato necesario: H2O -Fuente de E: luz

7.- Fotosíntesis Ecuación global: (Más simplificada: 6 CO2 + 6 H2O C6H12O6 + 6 O2 ) Clorofila a: R = -CH3 Clorofila b: R = -CHO

7.- Fotosíntesis -En general, cuando una molécula absorbe luz o energía, sus electrones son impulsados hacia un nivel energético superior. Normalmente retornan a su estado inicial disipando calor o luz. -En el caso de las clorofila, sucede que los electrones excitados son transferidos a un aceptor…

7.- Fotosíntesis Los electrones son recogidos por proteínas transportadoras. Este transporte electrónico está asociado con un bombeo de H+ hacia el espacio tilacoidal. El retorno de los H+ está acoplado con la síntesis de ATP (ATP sintetasa similar a la de mitocondrias) Fotofosforilación (=fosforilación fotosintética) También hay una obtención de NADPH + H+ FASE LUMINOSA (= FOTOQUÍMICA) FASE OSCURA (Ciclo de Calvin)

8.- Fase luminosa de la fotosíntesis. -La luz es captada por los Fotofosforilación Esto requiere energía lumínica FOTOSISTEMAS, en la membrana tilacoidal -Fotosistemas = clorofila + carotenoides (unos 300) “pigmentos antena” Existen dos fotosistemas: -FOTOSISTEMA I (FS I) -FOTOSISTEMA II (FS II)

8.- Fase luminosa de la fotosíntesis. Fotofosforilación Existen dos fotosistemas: -FOTOSISTEMA I (FS I) -FOTOSISTEMA II (FS II) Los electrones que pierde el FS I se utilizan para formar NADPH + H+ El “hueco” provocado por esta pérdida de electrones del FS I es “rellenado” con electrones procedentes del FS II El “hueco” provocado por la pérdida de electrones del FS II es “rellenado” con electrones procedentes del H2O

8.- Fase luminosa de la fotosíntesis. Fotofosforilación Fotólisis del agua: Esta descomposición del agua se debe al “tirón” de la P680 del FS II Fotones necesarios para formar un O2:

8.- Fase luminosa de la fotosíntesis. Fotofosforilación Buen esquema de la Fotofosforilación acíclica (estudiadlo con detalle):

8.- Fase luminosa de la fotosíntesis. Fotofosforilación Fotofosforilación cíclica -No se forma NADPH + H+ -El flujo de electrones provoca bombeo de H+ hacia el tilacoide => aumenta la producción de ATP sin aumentar la producción de NADPH + H+ (necesario para equilibrar el Ciclo de Calvin). -Es un sistema complementario a la fotofosforilación no cíclica

8.- Fase luminosa de la fotosíntesis. Fotofosforilación bacteriana -Bacterioclorofilas (similares a las clorofilas de cloroplastos). -Un solo fotosistema (similar al FS I de cloroplastos), salvo cianobacterias -El H2O no puede ser el primer dador de electrones (por la diferencia de potencial redox entre FS y H2O) OTROS DADORES DE ELECTRONES: H2S sulfobacterias fotosintéticas Compuestos orgánicos etc.

9.- Fase oscura. El ciclo de Calvin - En el estroma de cloroplastos Tres etapas: 1) Fase de FIJACIÓN Fase de REDUCCIÓN Fase de REGENERACIÓN

Ecuaciones de la fotosíntesis (Más simplificada: 6 CO2 + 6 H2O C6H12O6 + 6 O2 )

Factores que afectan al rendimiento de la fotosíntesis -Temperatura: porque afecta a la actividad de enzimas -Humedad: porque afecta a la apertura de estomas -Luz: porque afecta a la fase lumínica -[CO2] y [O2]

10.- Quimiosíntesis Organismos quimiosintéticos = quimioautótrofos •Fuente de C: CO2 •Fuente de energía: oxidación de compuestos inorgánicos Bacterias nitrificantes Bacterias sulfatizantes Ferrobacterias Bacterias metanotróficas

10.- Quimiosíntesis Organismos quimiosintéticos = quimioautótrofos Bacterias nitrificantes •Fuente de C: CO2 •Fuente de energía: oxidación de compuestos inorgánicos (reacciones de nitrificación) género Nitrobacter: oxidan el nitrito, que pasa a nitrato: ATP NADH Formación de moléculas orgánicas (proceso similar a fase oscura de fotosíntesis) género Nitrosomonas: Transforman el NH3 en nitrito: ATP NADH Formación de moléculas orgánicas (proceso similar a fase oscura de fotosíntesis)

10.- Quimiosíntesis Organismos quimiosintéticos = quimioautótrofos Bacterias nitrificantes •Fuente de C: CO2 •Fuente de energía: oxidación de compuestos inorgánicos (reacciones de nitrificación)

10.- Quimiosíntesis •Fuente de C: CO2 Organismos quimiosintéticos = quimioautótrofos •Fuente de energía: oxidación de compuestos inorgánicos Bacterias sulzatizantes ATP NADH Formación de moléculas orgánicas (proceso similar a fase oscura de fotosíntesis) (No confundir con las sulfobacterias verdes o purpúreas, que son fotosintéticas: utilizan también el H2S, pero como último dador de electrones en la fotosíntesis bacteriana) Ferrobacterias Formación de moléculas orgánicas (proceso similar a fase oscura de fotosíntesis) ATP NADH Bacterias metanotróficas ATP NADH Formación de moléculas orgánicas (proceso similar a fase oscura de fotosíntesis)

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