tema 13 respiraciÓnyfotosÍntesis. catabolismo el catabolismo es el conjunto de reacciones...

TEMA 13TEMA 13

RESPIRACIÓN RESPIRACIÓN Y Y

FOTOSÍNTESISFOTOSÍNTESIS

CATABOLISMOCATABOLISMO

El catabolismo es el conjunto de reacciones El catabolismo es el conjunto de reacciones químicas en las que se químicas en las que se destruyedestruye materia materia orgánica compleja, obteniéndose orgánica compleja, obteniéndose sustancias sencillas y energía que se sustancias sencillas y energía que se almacena en forma de almacena en forma de ATPATP..

Es semejante en células autótrofas y Es semejante en células autótrofas y heterótrofas.heterótrofas.

TIPOS DE CATABOLISMOTIPOS DE CATABOLISMO

Según el aceptor de los electrones de las Según el aceptor de los electrones de las sustancias que se oxidan se distinguen los sustancias que se oxidan se distinguen los siguientes tipos de catabolismo:siguientes tipos de catabolismo: RespiraciónRespiración: Cuando son sustancias inorgánicas. : Cuando son sustancias inorgánicas.

Puede ser Puede ser aerobiaaerobia cuando es el oxígeno o cuando es el oxígeno o anaerobiaanaerobia cuando son otras sustancias como el NO3- , SO4= y cuando son otras sustancias como el NO3- , SO4= y CO2.CO2.

FermentaciónFermentación: Cuando son sustancias orgánicas como : Cuando son sustancias orgánicas como el ácido pirúvico.el ácido pirúvico.

Según la sustancia que se oxida el catabolismo Según la sustancia que se oxida el catabolismo puede ser de puede ser de glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos.nucleicos.

CATABOLISMO DE GLÚCIDOSCATABOLISMO DE GLÚCIDOS

Los polisacáridos y disacáridos se hidrolizan en el Los polisacáridos y disacáridos se hidrolizan en el tubo digestivo obteniéndose monosacáridos, de los tubo digestivo obteniéndose monosacáridos, de los que la glucosa es el más importante.que la glucosa es el más importante.

GlucogenolisisGlucogenolisis Glucolisis Glucolisis Glucógeno Glucógeno Glucosa Ácido pirúvicoGlucosa Ácido pirúvico

GlucogenogénesisGlucogenogénesis Gluconeogénesis Gluconeogénesis

En el catabolismo de la glucosa se distinguen las En el catabolismo de la glucosa se distinguen las siguientes fases:siguientes fases: Glucolisis, Ciclo de Krebs y Cadena respiratoriaGlucolisis, Ciclo de Krebs y Cadena respiratoria..

Estas fases no son exclusivas del catabolismo de Estas fases no son exclusivas del catabolismo de glúcidos, sino que el resto de moléculas se incorporan glúcidos, sino que el resto de moléculas se incorporan en distintos lugares de estas rutas.en distintos lugares de estas rutas.


GLUCOLISISGLUCOLISIS Es un proceso Es un proceso anaerobioanaerobio que tiene lugar en el que tiene lugar en el

hialoplasmahialoplasma. . Es una ruta metabólica que convierte a la Es una ruta metabólica que convierte a la glucosa glucosa

en ácido pirúvicoen ácido pirúvico. . Funciona en prácticamente en todas las células y Funciona en prácticamente en todas las células y

para algunas es su única fuente de energía.para algunas es su única fuente de energía.

CATABOLISMO DE CATABOLISMO DE GLÚCIDOSGLÚCIDOS


GLUCOLISISGLUCOLISIS Este proceso puede resumirse en dos etapas:Este proceso puede resumirse en dos etapas:

Una primera etapaUna primera etapa preparatoriapreparatoria, en la que la glucosa es , en la que la glucosa es fosforilada y fragmentada, dando lugar a dos moléculas de fosforilada y fragmentada, dando lugar a dos moléculas de gliceraldehído 3 fosfatogliceraldehído 3 fosfato y y consumiéndose 2 moléculas de consumiéndose 2 moléculas de ATPATP..

GLUCOSA + 2 ATP GLUCOSA + 2 ATP 2 GLICERALDEHIDO-3 P + 2 ADP 2 GLICERALDEHIDO-3 P + 2 ADP

Una segunda etapa oxidativaUna segunda etapa oxidativa, en la que las dos moléculas de , en la que las dos moléculas de gliceraldehído 3 fosfato son oxidadas por 2 moléculas de gliceraldehído 3 fosfato son oxidadas por 2 moléculas de NAD+ que NAD+ que se reducen a NADH + H+se reducen a NADH + H+ y convertidas en y convertidas en ácido ácido pirúvicopirúvico, , obteniéndose 4 moléculas de ATP.obteniéndose 4 moléculas de ATP.

2 GLICERALDEHIDO-3P + 4 ADP + 2 NAD+ 2 ÁC. PIRÚVICO + 4 ATP + 2 NADH + H+2 GLICERALDEHIDO-3P + 4 ADP + 2 NAD+ 2 ÁC. PIRÚVICO + 4 ATP + 2 NADH + H+


GLUCOLISISGLUCOLISISECUACIÓN GLOBAL:ECUACIÓN GLOBAL:

Glucosa + 2 ADP + 2Pi + 2 NAD+ ==>2 Ácido pirúvico + 2 ATP + 2 NADH + 2 H+


GLUCOLISISGLUCOLISIS Destino de los productos:Destino de los productos:

El ácido pirúvico en condiciones El ácido pirúvico en condiciones anaeróbicasanaeróbicas fermentafermenta al al reducirse por el NADH + H+ a productos orgánicos como el reducirse por el NADH + H+ a productos orgánicos como el ácido láctico o el alcohol. Estas fermentaciones las ácido láctico o el alcohol. Estas fermentaciones las realizan microorganismos como levaduras y bacterias, realizan microorganismos como levaduras y bacterias, pero también se produce dentro de los músculos pero también se produce dentro de los músculos esqueléticos.esqueléticos.

El ácido pirúvico en condiciones El ácido pirúvico en condiciones aerobiasaerobias entra en la entra en la mitocondriamitocondria..

El El NADH + HNADH + H++ se puede oxidar cediendo sus electrones al se puede oxidar cediendo sus electrones al oxígeno a través de la oxígeno a través de la cadena respiratoria mitocondrial.cadena respiratoria mitocondrial.


DESCARBOXILACIÓN OXIDATIVADESCARBOXILACIÓN OXIDATIVA El El ácido pirúvicoácido pirúvico en la en la entrada de la mitocondriaentrada de la mitocondria se se

produce una produce una descarboxilación oxidativadescarboxilación oxidativa, , transformándose en acetil-CoA. transformándose en acetil-CoA.

Se desprende una molécula de Se desprende una molécula de CO2CO2 y la energía y la energía desprendida se acumula en una molécula de desprendida se acumula en una molécula de NADH NADH + H++ H+..


CICLO DE KREBSCICLO DE KREBSSe realiza en la Se realiza en la matriz de la mitocondriamatriz de la mitocondria..Su función es Su función es oxidaroxidar el grupo acetilo del el grupo acetilo del

acetil-CoAacetil-CoA a a COCO22. . En estas reacciones se desprende energía En estas reacciones se desprende energía

que es utilizada para reducir el NAD+ a que es utilizada para reducir el NAD+ a NADH NADH + H+,+ H+, el FAD a el FAD a FADH2FADH2 y para fosforilar una y para fosforilar una molécula de molécula de GDP a GTPGDP a GTP

Es además una ruta Es además una ruta ANFIBÓLICAANFIBÓLICA


CICLO DE KREBSCICLO DE KREBS ECUACIÓN GLOBAL:ECUACIÓN GLOBAL:

Acetil-CoA + 3 NAD+ + FAD + GDP

2 CO2 + 3 NADH + H+ + FADH2 + GTP

CATABOLISMO DE GLÚCIDOSCATABOLISMO DE GLÚCIDOS CADENA RESPIRATORIACADENA RESPIRATORIA

Está formada por una serie de Está formada por una serie de enzimas transportadores de enzimas transportadores de electrones y otros con capacidad deshidrogenasaelectrones y otros con capacidad deshidrogenasa, que se , que se encuentran situados en las encuentran situados en las crestas mitocondriales formando crestas mitocondriales formando un complejo multienzimático.un complejo multienzimático.

Las proteínas transportadoras están agrupadas en Las proteínas transportadoras están agrupadas en 3 grandes 3 grandes complejoscomplejos, cada uno posee un potencial redox más positivo , cada uno posee un potencial redox más positivo que el anterior, de forma que los que el anterior, de forma que los electrones descienden en electrones descienden en cascada desde el NADH + H+ y FADH2 hasta el oxígeno, que cascada desde el NADH + H+ y FADH2 hasta el oxígeno, que con dos protones formarán la molécula de agua.con dos protones formarán la molécula de agua.

El NADH +H+ cede sus electrones al complejo I y FADH2 lo El NADH +H+ cede sus electrones al complejo I y FADH2 lo hace al coenzima-Qhace al coenzima-Q, al que llegarán también los electrones , al que llegarán también los electrones del complejo I; del coenzima-Q pasan al complejo II y de éste del complejo I; del coenzima-Q pasan al complejo II y de éste a través del citocromo-C llegan al complejo III, quien se los a través del citocromo-C llegan al complejo III, quien se los cede finalmente al oxígenocede finalmente al oxígeno


CADENA RESPIRATORIACADENA RESPIRATORIA


FOSFORILACIÓN OXIDATIVAFOSFORILACIÓN OXIDATIVA La formación del ATP queda explicada por la La formación del ATP queda explicada por la

hipótesis quimiosmótica de Mitchel.hipótesis quimiosmótica de Mitchel. la energía liberada en el transporte de electrones la energía liberada en el transporte de electrones

permite permite bombear protonesbombear protones desde la matriz hacia el desde la matriz hacia el espacio intermembranaespacio intermembrana en los tres complejos. en los tres complejos.

Se crea por tanto una alta concentración de protones Se crea por tanto una alta concentración de protones en el espacio intermembrana. en el espacio intermembrana.

Los protones sólo pueden salir a través de unas Los protones sólo pueden salir a través de unas proteínas con capacidad de sintetizar ATP y que se proteínas con capacidad de sintetizar ATP y que se denominan denominan partículas Fpartículas F

Por cada Por cada NADH + H+NADH + H+ se forman 3 ATP se forman 3 ATP Por cada Por cada FADH2FADH2 se forman 2 ATP. se forman 2 ATP.


FOSFORILACIÓN OXIDATIVAFOSFORILACIÓN OXIDATIVA


Balance energético de la respiración Balance energético de la respiración aerobia para una molécula de glucosaaerobia para una molécula de glucosa

ENTRARENTRAR


Sistemas de lanzaderasSistemas de lanzaderas

CATABOLISMO DE LÍPIDOSCATABOLISMO DE LÍPIDOS Para la obtención de energía de las grasas, primero Para la obtención de energía de las grasas, primero

debe separarse la glicerina de los ácidos grasos debe separarse la glicerina de los ácidos grasos mediante la actuación de las mediante la actuación de las lipasaslipasas. .

Los ácidos grasos entran en la mitocondria y se Los ácidos grasos entran en la mitocondria y se degradan en una ruta denominada degradan en una ruta denominada -oxidación o -oxidación o hélice de Lynenhélice de Lynen..

Al entrar en la mitocondria los ácidos grasos se Al entrar en la mitocondria los ácidos grasos se activan añadiéndole un CoA. activan añadiéndole un CoA. En este proceso se gasta En este proceso se gasta una molécula de ATP.una molécula de ATP.

Tiocinasa Ácido graso + CoA + ATP acil-CoA + AMP

+PPi

Citoplasma mitocondria

CATABOLISMO DE LÍPIDOSCATABOLISMO DE LÍPIDOS

Posteriormente este Posteriormente este ácido activado o Acil-CoAácido activado o Acil-CoA, sufre , sufre la la -oxidación, que consiste en la rotura por el -oxidación, que consiste en la rotura por el carbono carbono del ácido obteniéndose un Acetil-CoA y un del ácido obteniéndose un Acetil-CoA y un Acil-CoA con dos átomos de carbono menos. Este Acil-CoA con dos átomos de carbono menos. Este último vuelve a la hélice hasta que todo el ácido graso último vuelve a la hélice hasta que todo el ácido graso se haya transformado en moléculas de Acetil-CoA.se haya transformado en moléculas de Acetil-CoA.

En cada vuelta se produce un En cada vuelta se produce un NADH +H+ y un FADH2.NADH +H+ y un FADH2. Las moléculas de Las moléculas de Acetil-CoA terminan de degradarse Acetil-CoA terminan de degradarse

en el ciclo de Krebs y el NADH +H+ y FADH2 en la en el ciclo de Krebs y el NADH +H+ y FADH2 en la cadena respiratoria.cadena respiratoria.


Balance energético del catabolismo aerobio de Balance energético del catabolismo aerobio de un ácido graso con 16 átomos de carbonoun ácido graso con 16 átomos de carbono

CATABOLISMO DE PROTEÍNASCATABOLISMO DE PROTEÍNAS

Las proteínas no son utilizadas como fuente Las proteínas no son utilizadas como fuente energética en los seres vivos. energética en los seres vivos.

Sin embargo los aminoácidos, que son las unidades Sin embargo los aminoácidos, que son las unidades constituyentes, si pueden degradarse y liberar energía constituyentes, si pueden degradarse y liberar energía al transformarse en compuestos que ingresan en el al transformarse en compuestos que ingresan en el ciclo de Krebs como el ácido pirúvico.ciclo de Krebs como el ácido pirúvico.

Alanina + a-cetoglutárico Ácido Pirúvico + Ácido GlutámicoAlanina + a-cetoglutárico Ácido Pirúvico + Ácido Glutámico TransaminaciónTransaminación

CATABOLISMO DE ÁCIDOS CATABOLISMO DE ÁCIDOS NUCLEICOSNUCLEICOS

Una vez separados sus componentes:Una vez separados sus componentes: las las pentosaspentosas se incluyen en la vía de la se incluyen en la vía de la

glucolisis glucolisis el el fosfatofosfato se utiliza para fosforilar el ADP se utiliza para fosforilar el ADP las las basesbases pueden utilizarse de nuevo o pueden utilizarse de nuevo o

degradarse dando compuestos degradarse dando compuestos nitrogenados que se excretarán.nitrogenados que se excretarán.

CUADRO GENERAL DE LOS CUADRO GENERAL DE LOS PROCESOS CATABÓLICOSPROCESOS CATABÓLICOS


CONCEPTOCONCEPTO


FASESFASESFOTOQUIMICA: captación de luz y obtención FOTOQUIMICA: captación de luz y obtención

de energía (ATP) y poder reductor (NADPH + de energía (ATP) y poder reductor (NADPH + H+).H+).

BIOSINTÉTICA: Síntesis de materia orgánica BIOSINTÉTICA: Síntesis de materia orgánica con gasto de ATP y NADPH + H+. con gasto de ATP y NADPH + H+.


FASE FOTOQUÍMICAFASE FOTOQUÍMICA La luz va a ser captada por los La luz va a ser captada por los COMPLEJOS ANTENACOMPLEJOS ANTENA La energía lumínica se canaliza hasta una molécula de La energía lumínica se canaliza hasta una molécula de

clorofila especial llamada clorofila del centro de clorofila especial llamada clorofila del centro de reacción reacción

En éste se encuentra la molécula de clorofila aI en el En éste se encuentra la molécula de clorofila aI en el fotosistema I (P700) o la clorofila aII en el fotosistema II fotosistema I (P700) o la clorofila aII en el fotosistema II (P680).(P680).

Fotosistema

Cada fotosistema contiene carotenos, clorofilas y proteínas. Estas moléculas captan la energía luminosa y la ceden a las moléculas vecinas presentes en cada fotosistema hasta que llega a una molécula de clorofila-a denominada molécula diana.

Las diferentes sustancias captan luz de diferente longitud de onda. De esta manera, gran parte de la energía luminosa es captada.


FASE FOTOQUÍMICAFASE FOTOQUÍMICA La fotosíntesis puede realizarse de forma La fotosíntesis puede realizarse de forma acíclicaacíclica

cuando funcionan los cuando funcionan los fotosistemas I y IIfotosistemas I y II o de forma o de forma cíclicacíclica cuando sólo funciona el cuando sólo funciona el fotosistema Ifotosistema I..

ACÍCLICAACÍCLICA

CÍCLICACÍCLICA


FASE FOTOQUÍMICA ACÍCLICAFASE FOTOQUÍMICA ACÍCLICA


FASE FOTOQUÍMICA CÍCLICAFASE FOTOQUÍMICA CÍCLICA


FASE FOTOQUÍMICA COMPARACIÓNFASE FOTOQUÍMICA COMPARACIÓN


FASE BIOSINTÉTICAFASE BIOSINTÉTICA En esta fase se utiliza la energía (ATP) y poder En esta fase se utiliza la energía (ATP) y poder

reductor (NADPH + H+) obtenida de la fase reductor (NADPH + H+) obtenida de la fase fotoquímica, para transformar unos compuestos fotoquímica, para transformar unos compuestos inorgánicos en orgánicos. inorgánicos en orgánicos. No se precisa la luzNo se precisa la luz. Esta . Esta fase tiene lugar en el fase tiene lugar en el estromaestroma de los cloroplastos de los cloroplastos


FASE BIOSINTÉTICAFASE BIOSINTÉTICA Biosíntesis de compuestos de carbono (Ciclo de Calvin)Biosíntesis de compuestos de carbono (Ciclo de Calvin)


FASE BIOSINTÉTICAFASE BIOSINTÉTICA Biosíntesis de compuestos de nitrógenoBiosíntesis de compuestos de nitrógeno

Las células vegetales obtienen el Nitrógeno a partir de los nitratos Las células vegetales obtienen el Nitrógeno a partir de los nitratos del suelo, lo reducen a amoníaco, y este se incorpora a ácidos del suelo, lo reducen a amoníaco, y este se incorpora a ácidos

orgánicos para formar aminoácidosorgánicos para formar aminoácidos..

NO3- + NADPH + H+ + ATPNO3- + NADPH + H+ + ATP NO2- + NADP+ + NO2- + NADP+ + ADPADP

NO2- + NADPH + H+ + ATP NO2- + NADPH + H+ + ATP NH4+ + NADP+ + ADP NH4+ + NADP+ + ADP


FASE BIOSINTÉTICAFASE BIOSINTÉTICA Biosíntesis de compuestos de azufreBiosíntesis de compuestos de azufre

El azufreEl azufre se obtiene a partir de los sulfatos del suelo que es se obtiene a partir de los sulfatos del suelo que es reducido a sulfito y posteriormente a sulfuros, que se reducido a sulfito y posteriormente a sulfuros, que se incorporan a los aminoácidos, mediante el NADPH + H+ y incorporan a los aminoácidos, mediante el NADPH + H+ y gasto de energía en forma de ATP.gasto de energía en forma de ATP.

SOSO44-2-2 + NADPH + H + NADPH + H++ + ATP + ATP SOSO

33-2-2 + NADP + NADP++ + +

ADPADP

SOSO33-2-2 + NADPH + H + NADPH + H++ + ATP + ATP SS-2-2 + NADP + NADP++ + ADP + ADP


ECUACIÓN GLOBALECUACIÓN GLOBAL

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FACTORES QUE INTERVIENENFACTORES QUE INTERVIENEN La concentración de COLa concentración de CO22

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FACTORES QUE INTERVIENENFACTORES QUE INTERVIENEN La concentración de OLa concentración de O22

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FACTORES QUE INTERVIENENFACTORES QUE INTERVIENEN La disponibilidad de aguaLa disponibilidad de agua

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FACTORES QUE INTERVIENENFACTORES QUE INTERVIENEN La temperaturaLa temperatura

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FACTORES QUE INTERVIENENFACTORES QUE INTERVIENEN La intensidad luminosaLa intensidad luminosa

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FACTORES QUE INTERVIENENFACTORES QUE INTERVIENEN Color de la luzColor de la luz

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QUIMIOSÍNTESISQUIMIOSÍNTESIS

CONCEPTOCONCEPTO En la quimiosíntesis la energía se obtiene de la En la quimiosíntesis la energía se obtiene de la

oxidación de moléculas inorgánicas sencillas y la oxidación de moléculas inorgánicas sencillas y la materia también. Este metabolismo sólo es capaz de materia también. Este metabolismo sólo es capaz de realizarlo algunas bacterias realizarlo algunas bacterias

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FASESFASES1. Obtención de energía en forma de ATP y NADPH2.1. Obtención de energía en forma de ATP y NADPH2.

2. Síntesis de compuestos orgánicos a partir de 2. Síntesis de compuestos orgánicos a partir de inorgánicos.inorgánicos.

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Las bacterias se clasifican según el sustrato que oxidan


TIPOS DE BACTERIASTIPOS DE BACTERIAS NITRÓGENONITRÓGENO

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TIPOS DE BACTERIASTIPOS DE BACTERIAS DEL AZUFRE Y DEL HIERRODEL AZUFRE Y DEL HIERRO

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TIPOS DE BACTERIASTIPOS DE BACTERIAS DEL HIDRÓGENO Y DEL METANODEL HIDRÓGENO Y DEL METANO

Oxidan hidrógeno y metano respectivamenteOxidan hidrógeno y metano respectivamente

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SÍNTESIS DE COMPUESTOS ORGÁNICOSSÍNTESIS DE COMPUESTOS ORGÁNICOS Los procesos son similares a los de la fotosíntesis.Los procesos son similares a los de la fotosíntesis. Existe un grupo especial de bacterias (Existe un grupo especial de bacterias (Rizobium spRizobium sp.) con .) con

capacidad para fijar N2 atmosférico, lo que supone una gran capacidad para fijar N2 atmosférico, lo que supone una gran ventaja debido a su abundancia y fácil accesoventaja debido a su abundancia y fácil acceso

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tema 13 respiraciÓnyfotosÍntesis. catabolismo el catabolismo es el conjunto de reacciones...

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