respiración y fotosíntesis

Unidad 13

Respiración y fotosíntesisRespiración y fotosíntesis

I.E.S. Los BolichesBiología 2º Bachillerato

1. Respiración aerobia2. Catabolismo de los glúcidos3. Catabolismo de los lípidos4. Catabolismo de las proteínas5. Catabolismo anaeróbico6. Anabolismo7. Fotosíntesis8. Fase luminosa de la fotosíntesis. Fotofosforilación9. Fase oscura. El ciclo de Calvin10.Quimiosíntesis

1.- Respiración aerobiaTodos los ss.vv. Obtienen energía a partir de la oxidación de biomoléculas orgánicas.

Proceso: “combustión” controlada y gradual, en pequeños pasos.

Caso más generalOxidación completa: productos = CO2 + H2O

RESPIRACIÓN AEROBIA

Las mitocondrias son las centrales energéticas (céls. eucariotas)

“Combustible”:-Glúcidos-Lípidos-Proteínas

2.- Catabolismo de glúcidos

1) Glicolisis = transformación de glucosa en piruvato y producción de 2 ATP2) Formación del acetil-CoA a partir del piruvato3) Ciclo de Krebs

(Veremos el caso de la glucosa)

2.- Catabolismo de glúcidos1) Glicolisis = transformación de glucosa en piruvato y producción de 2 ATP

Consiste en una secuencia de 10 reacciones catalizadas ennzimáticamente.

Ocurre en el citosol (no en la mitocondria).

Se da en todas las células (en algunas es la única fuente de ATP)


Primera etapa:

Segunda etapa:

Reacción global de la glicolisis:

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

Primera etapa:


Segunda etapa:


Primera etapa:

Segunda etapa:


1) Glicolisis

¿Qué ocurre después con el piruvato?

Depende del tipo de célula y de la disponibilidad de oxígeno


2) Formación del acetil-CoA a partir del piruvato

Con O2:

El piruvato penetra en la mitocondria y se descarboxila oxidativamente para formar acetil-CoA y CO2

2.- Catabolismo de glúcidos1) Glicolisis = transformación de glucosa en piruvato y producción de 2 ATP2) 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

ampliación

Oxalacetato

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)

El NADH y FADH2 se oxidarán en la cadena de transporte electrónico…

2.- Catabolismo de glúcidosFosforilación 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 glúcidosFosforilación oxidativa. La cadena respiratoria

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 FADH2 y 6 NADH + H+

Dado que 1 NADH + H+ 3 ATP 1 FADH2 2 ATP

Oxidación en cadena respiratoria

Total coenzimas reducidas obtenidas: 10 NADH + H+

2 FADH

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 Glicerol + 3 Ácidos grasosLipasa

COOH(CH2 )14CH3

COOH(CH2 )14CH3

COOH(CH2 )14CH3

CH2

CH

CH2

HO

HO

HO+ 3 H2O

CO(CH2 )14CH3

CO(CH2 )14CH3

CO(CH2 )14CH3

CH2

CH

CH2

O

O

O Ácido palmíticoGlicerina

+

Tripalmitina (= glicerol = propanotriol) (Ej.)

(Ej.)

Hidrólisis del triglicérido

Las grasas pueden sufrir HIDRÓLISISQUÍMICA

ENZIMÁTICA

Mediante álcalis (= bases)Obtención de jabones (saponificación)

Mediante lipasas que digieren (hidrolizan) las grasas

saponificación

Los jabones emulsionan las grasas

Triacilglicéridos = Triglicéridos = triacilgliceroles = grasas = grasas neutras

(Lo vimos en el tema dedicado a los LÍPIDOS)


Triacilglicérido Glicerol + 3 Ácidos grasosLipasa

¿Qué ocurre con ellos después?


Antes de producirse la beta-oxidación de los ácidos grasos, es necesaria una ACTIVACIÓN: (en la membrana

mitocondrial externa)

Esto supone un GASTO ENERGÉTICO (todavía no se obtiene energía) = 2 ATP


Beta-oxidación de los ácidos grasos

4 Reacciones:

1.- Oxidación2.- Hidratación3.- Oxidación4.- Rotura

Resultado:

FADH2

NADH + H+

acetil-CoA(por cada vuelta)

Se va acortando en 2C la cadena del ác. graso por cada vuelta



4 Reacciones:


Resultado:

FADH2

NADH + H+



¿Qué ocurre con ellos después?

¿Cuánta energía se obtiene?



4 Reacciones:


Resultado:

FADH2

NADH + H+



directamente a A LA CADENA RESPIRATORIA

AL CICLO DE KREBS

Mayor obtención de ATP cuanto más largo sea el ác. graso

Obtención de ATP

3.- Catabolismo de lípidosRENDIMIENTO ENERGÉTICO: más alto que el del catabolismo de glúcidos

Un ejemplo, el Ácido esteárico o estearato

CH3-(CH2)16-COOH

Estearil-CoA

Activación

Beta-oxidación

(18C)

(18C)

CoA-SH

146 ATP !

8 vueltas del ciclo de beta-oxidación

A LA CADENA RESPIRATORIA

AL CICLO DE KREBS

3.- Catabolismo de lípidosRENDIMIENTO ENERGÉTICO: más alto que el del catabolismo de glúcidos

Un ejemplo, el Ácido esteárico o estearato

AL CICLO DE KREBS

x 2

x 3

24 ATP16 ATP40 ATP

108 ATP(12 ATP por cada acetil-CoA) 148 ATP

Gasto por activación del estearato = -2 ATP

146 ATP

directamente a A LA CADENA RESPIRATORIA

4.- Catabolismo de proteínas

Desaminación

En el hígado.Gasto de ATP

(“Ciclo de la urea”)

20 aa diferentes

20 rutas diferentes

TRANSAMINASAS

Nivel en sangre con valor diagnóstico de problemas del hígado

5.- Catabolismo anaeróbico

Algunos microorganismos son anaerobiosEstrictos (“siempre”)

Facultativos (“depende”)

-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

(también algunas céls. Animales)

5.- Catabolismo anaeróbico

l

Glicolisis

FERMETACIÓN ALCOHÓLICA

Saccharomyces (levaduras)

5.- Catabolismo anaeróbicoFERMETACIÓN LÁCTICA

Bacterias: Lactobacillus y Streptococcus Células animales: en aquellas con pocas mitocondrias y en céls. musculares

Agujetas: por acumulación de H+

(Ácido láctico)

Yogur y otros derivados lácteos

5.- Catabolismo anaeróbicoOTRAS FERMENTACIONES

-Ácido butírico-Ácido propiónico-Otros ácidos-Butanol-Cetonas como la acetona-Putrescina, cadaverina-etc.

Productos residuales(orgánicos)

Sustratos que pueden fermentar,

además de la glucosa:

-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.- AnabolismoAnabolismo autótrofo (fotoautótrofo: fotosíntesis)

- Primero sintetizan glucosa y después la catabolizan.-Fuente de C: CO2

-Otro sustrato necesario: H2O-Fuente de E: luz

7.- FotosíntesisEcuación 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.- FotosíntesisLos 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. Fotofosforilación

Esto requiere energía lumínica

-La luz es captada por los FOTOSISTEMAS, en la membrana tilacoidal-Fotosistemas = clorofila + carotenoides (unos 300)

“pigmentos antena”

Existen dos fotosistemas:

-FOTOSISTEMA I (FS I)-FOTOSISTEMA II (FS II)


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


Fotólisis del agua:

Fotones necesarios para formar un O2:

Esta descomposición del agua se debe al “tirón” de la P680 del FS II

8.- Fase luminosa de la fotosíntesis. Fotofosforilación Buen esquema de la

Fotofosforilación acíclica (estudiadlo con detalle):


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 orgánicosetc.

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

Bacterias nitrificantes

Bacterias sulfatizantes

Ferrobacterias

Bacterias metanotróficas

Organismos quimiosintéticos = quimioautótrofos•Fuente de C: CO2

•Fuente de energía: oxidación de compuestos inorgánicos



género Nitrobacter: oxidan el nitrito, que pasa a nitrato:

género Nitrosomonas:



ATPNADH

Formación de moléculas orgánicas (proceso similar a fase oscura de fotosíntesis)

(reacciones de nitrificación)

Transforman el NH3 en nitrito:

ATPNADH






(reacciones de nitrificación)


Bacterias sulzatizantes

Ferrobacterias

Bacterias metanotróficas



(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)

ATPNADH


ATPNADH


ATPNADH


respiración y fotosíntesis

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