METABOLISMO Biologa 2 Bachillerato METABOLISMO METABOLISMO Biologa 2

METABOLISMO Biología. 2º Bachillerato METABOLISMO.

METABOLISMO Biología. 2º Bachillerato Concepto de metabolismo: conjunto de reacciones químicas que se producen en el interior de las células y que conducen a la transformación de unas biomoléculas en otras. Las distintas reacciones químicas del metabolismo se denominan vías metabólicas y las moléculas que en ellas intervienen metabolitos. Catabolismo: transformación de moléculas orgánicas complejas en otras sencillas con liberación de energía que se almacena en los enlaces fosfato de ATP. Anabolismo: Síntesis de moléculas complejas a partir de otras sencillas , para lo cual se necesita suministrar energía. Las moléculas de ATP pueden proceder de las reacciones catabólicas, de la fotosíntesis y quimiosíntesis.

METABOLISMO Biología. 2º Bachillerato CLASES DE ORGANISMOS SEGÚN SU TIPO DE METABOLISMO Tipo Fuente carbono Fuente ener gía Ejemplos vegetales, algas cianofíceas, bact. verdes del S Fotoautótrofos CO 2 Luz Quimioautotrofos CO 2 Reacc redox Bact. nitrificantes. Bact incoloras. del S Fotoheterótrofos c. orgánicos Luz bacterias purpúreas nosulfúreas c. orgánicos Reacc redox Quimioheterótrofos animales, hongos, protozoos, resto de bacterias

METABOLISMO ATP Biología. 2º Bachillerato

METABOLISMO Biología. 2º Bachillerato Existen dos mecanismos para sintetizar ATP: q. Fosforilación a nivel de sustrato: se forma un compuesto intermediario rico en energía y en la siguiente reacción se utiliza la energía liberada por la hidrólisis de este compuesto fosforilado que recoge el ADP para formar ATP. q. Fosforilación en el transporte de electrones. Hay nucleótidos que desempeñan un papel similar al ATP, como el GTP y hay que señalar también el papel de los electrones como vehículo de transferencia de energía.

METABOLISMO Biología. 2º Bachillerato PAPEL DEL ATP COMO TRANSPORTADOR DE ENERGÍA El ATP almacena energía y actúa como “moneda de cambio energético”. ADP Desfosforila ción del sustrato Fosforilación Desfosforila ción ATP Fosforilación del sustrato

METABOLISMO Biología. 2º Bachillerato UTILIZACIÓN CELULAR DE LA ENERGÍA PARA: 1. Síntetizar biomoléculas y macromoléculas a partir de precursores simples. 2. Transportar activamente iones y moléculas a través de su membrana. 3. Realizar trabajo mecánico en la contracción muscular y en otros movimientos celulares. 4. Producir calor para mejorar las reacciones

METABOLISMO Biología. 2º Bachillerato Catabolismo: Las moléculas orgánicas complejas se transforman en sencillas y se libera energía en forma de ATP. Las reacciones que tienen lugar en el metabolismo son reacciones redox, en las que unos compuestos ganan electrones y se reducen y otros los ceden y se oxidan. Las enzimas que intervienen en estas reacciones son las deshidrogenasas. Una molécula cuando pierde hidrógenos pierde electrones y se oxida y cuando los gana se reduce. H---e ¯ + H+. Los hidrógenos desprendidos antes de llegar a la molécula final aceptora de hidrógenos son captados por NAD, NADP, FAD, que son coenzimas de las deshidrogenasas. Los protones van por una vía y los electrones por otra. Los electrones son captados por los citocromos que se van oxidando y reduciendo según ceden y captan los electrones y los protones suelen ser bombeados en determinados puntos acoplados al transporte de electrones y por tanto , se forma ATP, cuando los protones son captados por la ATP sintetasa. Existen dos tipos de catabolismo: fermentación y respiración. En la fermentación el aceptor y dador de electrones son compuestos orgánicos. En la respiración el dador de electrones es un compuesto orgánico y el aceptor es un compuesto inorgánico, si es el oxígeno sería respiración aerobia y si es el ión nitrato, sulfato la respiración es anaerobia.

METABOLISMO Biología. 2º Bachillerato RUTAS METABÓLICAS DEL CATABOLISMO AEROBIO Aminoácidos Glúcidos Grasas Desaminación Glucólisis ß -oxidación Ácido pirúvico Acetil -Co. A Cadena respiratoria CO 2, H 2 O y ATP

METABOLISMO Biología. 2º Bachillerato Catabolismo de la glucosa: v. Glucolísis en el citosol v. Ciclo de Krebs en la matriz mitocondrial v. Cadena de transporte electrónico o cadena respiratoria, en la membrana interna mitocondrial.

METABOLISMO Glucolisis, paso de glucosa a ácido pirúvico. ØEl paso de glucosa a glucosa 6 fosfato es necesario para que la glucosa atraviese la membrana celular. ØLa DHAP tiene que isomerizar a gliceraldheído 3 fosfato que es el único que puede servir de sustrato para la siguiente reacción. Biología. 2º Bachillerato Fosforilación a nivel de sustrato.

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METABOLISMO Biología. 2º Bachillerato Balance de la glucolísis: Glucosa+2 NAD+2 ADP+2 P---2 ac. pirúvico+2 NADH+2 H +2 ATP Si queremos que el proceso de la glucolísis no se detenga deberemos aportar nuevas moléculas de glucosa y oxidar el NADH para que pueda ser reutilizado nuevamente en forma de NAD. La oxidación del NADH se puede realizar en células anaeróbicas mediante las fermentaciones y en células aeróbicas siguiendo la vía del ciclo de Krebs y cadena respiratoria.

METABOLISMO Biología. 2º Bachillerato OXIDACIÓN DEL ÁCIDO PIRÚVICO 2 Coa - SH 2 COMPLEJO DE LA Piruvato deshidrogenasa 2 CH 3 CO 2 CH COOH Ácido pirúvico 3 CO SCo. A Acetil - Co. A 2 NAD + 2 NADH + 2 H+

METABOLISMO Biología. 2º Bachillerato PIRUVATO DESDIDROGENASA. ENZIMAS QUE PARTICIPAN EN LA REACCIÓN: • piruvato deshidrogenasa ó E 1 (30 moléculas heterotetraméricas alfa 2 -beta 2) • dihidrolipoamida acetiltransferasa ó E 2 (60 moléculas) • dihidrolipoamida deshidrogenasa ó E 3 (12 moléculas homodiméricas alfa 2) COENZIMAS QUE PARTICIPAN EN LA REACCIÓN: • pirofosfato de tiamina (TPP) unido a E 1 • ácido lipoico unido a E 2 (lipoamida) • FAD unido a E 3 • Co. A y NAD+, se encuentran libres en la matriz mitocondrial. ENZIMAS INVOLUCRADAS EN LA REGULACIÓN DE LA PDHC • piruvato deshidrogenasa fosfato fosfatasa (PDP) • piruvato deshidrogenasa kinasa (PDK)

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METABOLISMO Biología. 2º Bachillerato Balance global del ciclo de Krebs. Ac. Pirúvico+4 NAD+FAD+GDP+P— 3 CO 2+4 NADH+4 H+FADH 2+GTP

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METABOLISMO Biología. 2º Bachillerato Cadena respiratoria y fosforilación oxidativa.

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METABOLISMO Biología. 2º Bachillerato BALANCE ENERGÉTICO GLOBAL 2 NADH Glucosa 2 NADH Glucólisis 2 ATP Ácido pirúvico 6 NADH Acetil. Co. A Ciclo de Krebs Cadena respiratoria 2 FADH 2 2 ATP 38 ATPx (-7 Kcal/mol=. -266 Kcal 38 ATP

METABOLISMO Biología. 2º Bachillerato Se produce cuando levaduras qué están catabolizando mediante respiración un líquido rico en azúcar agotan el O 2 disponible y continúan el catabolismo mediante fermentación. Fermentación alcohólica. La realizan levaduras del género Sacharomyces que son anaerobias facultativas. Dependiendo de la especie de levadura se puede obtener cerveza (S. cerevisiae), vino (S. ellypsoideus) , sidra (S. apiculatus), pan, variedad purificada de (S. cerevisiae).

METABOLISMO Fermentación láctica : se forma ácido láctico a partir de la degradación de la glucosa. Se suele producir cuando determinados m. inician la fermentación de la lactosa de la leche, lo que produce el agriamiento de ésta y la coagulación de la proteína caseína. L. casei, L. bulgaricus Streptococcus lactis También se lleva a cabo en células musculares esquléticas cuando no hay suficiente oxígeno. Biología. 2º Bachillerato

METABOLISMO Biología. 2º Bachillerato Rutas anfibólicas: vías comunes al catabolismo y anabolismo. Ciclo de Krebs Catabolismo de ácidos grasos: β-oxidación de ácidos grasos, en cada vuelta se obtiene un ácido graso de dos carbonos menos y acetil Co. A. Además se obtiene NADH+H y FADH 2. Ocurre en la matriz mitocondrial. Catabolismo de aminoácidos: los esqueletos carbonados en el ciclo de Krebs y el grupo amino se transforma en urea en el hígado.

METABOLISMO Biología. 2º Bachillerato ANABOLISMO. Es la vía constructiva del metabolismo, es decir la ruta de síntesis de moléculas complejas a partir de sustancias sencillas. Si las moléculas son inorgánicas (nitrato, CO 2)…. se denomina anabolismo autótrofo y si son orgánicas (glucosa, aa…) anabolismo heterótrofo. Anabolismo autótrofo: q. Fotosíntesis, gracias a la energía luminosa. Lo realizan las plantas , algas, cianobacterias y bacterias fotosintéticas q. Quimiosíntesis, por medio de la energía desprendida de las reacciones de oxidación-reducción. Algunas bacterias. Anabolismo heterótrofo: Se da en todos los organismos y es muy similar en todos ellos. Su objeto es la síntesis de reservas energéticas y crear estructuras para que el organismo pueda crecer o renovar estructuras determinadas. Ejemplos: gluconeogénesis: síntesis de glucosa a partir de aminoácidos. Glucogenogénesis: síntesis de glucógeno. Síntesis de ácidos grasos en el citosol a partir de acetil Co. A. Síntesis de aa a partir de componentes del ciclo de Krebs y glucolísis.

METABOLISMO Biología. 2º Bachillerato Fotosíntesis: es la conversión de energía luminosa en energía química estable. La primera molécula en la queda almacenada esa energía química es el ATP La fotosíntesis se lleva a cabo gracias a unos pigmentos ( antena y diana) que se encuentran en los fotosistemas y a una cadena de transporte de electrones, donde hay diferentes moléculas que se van oxidando y reduciendo , según ceden o reciben los electrones. Se distinguen dos tipos de procesos fotosintéticos: v. Fotosíntesis oxigénica: propia de las plantas superiores, algas y cianobacterias, en la que el dador de electrones es el agua y se desprende oxígeno. v. Fotosíntesis anoxigénica: propia de las bacterias púrpuras y verdes de azufre en las que el dador de electrones es el SH 2, por lo que no se desprende oxígeno sino S. Fotosíntesis oxigénica. Consta de dos partes una fase luminosa , en la que se obtiene ATP y poder reductor en forma de NADPH y la fase oscura en la que se obtiene la materia orgánica. El aparato fotosintetizador se encuentra en los cloroplastos , en la membrana de los tilacoides y está formado por: • Fotosistema II • Cadena de transporte de electrones • ATP asas

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METABOLISMO Biología. 2º Bachillerato Fotosistema I: • Complejo captador de luz o antena: clorofila a, una pequeña proporción de clorofila b y β carotenos. • Centro de reacción: molécula diana, clorofila a (700 nm). Abundan en los tilacoides del estroma. Fotosistema II: • Complejo captador de luz o antena. Clorofilas a y b y xantofilas. • Centro de reacción: molécula diana clorofila a (680 nm). Abundan en tilacoides de los grana.

METABOLISMO Biología. 2º Bachillerato FOTOSISTEMAS Contiene dos moléculas de clorofila a y los electrones que liberan son enviados a la cadena de transporte electrónico. Centro de reacción Fotón Moléculas antena Cuando una molécula se excita transfiere energía a las cercanas por un proceso de resonancia y así hasta el centro de reacción. Atrapan fotones de diferente longitud de onda. Localización Fotosistema I (PSI) Fotosistema II (PSII) Membranas de tilacoides no apilados Grana Absorción maxima del centro de reacción 700 nm 680 nm

METABOLISMO Pigmentos antena Biología. 2º Bachillerato

METABOLISMO Biología. 2º Bachillerato ESTRUCTURA DE LA CLOROFILA Anillo de porfirina Su función es absorber la luz Cola de fitol Los dobles enlaces alternativos permiten la descolocación de los electrones favoreciendo la pérdida de uno hacia un aceptor. Mantiene la clorofila integrada en la membrana fotosintética

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METABOLISMO Biología. 2º Bachillerato Fase luminosa Cf-plastocianina

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METABOLISMO Biología. 2º Bachillerato 1. Fijación de CO 2 2. Reducción del CO 2 fijado 3. Regeneración de la ribulosa 1 -5 difosfato

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METABOLISMO Biología. 2º Bachillerato ECUACIÓN GENERAL DE LA FOTOSÍNTESIS DEL CARBONO 6 CO 2 +12 H 2 O -------> C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 + 6 H 2 O Para fijar un CO 2 en la fase oscura, se necesitan 3 ATP y 2 NADPH+H y con una molécula de H 2 O se obtendrían 1. 5 ATP y 1 NADPH+H, por tanto tendrían que realizarse la fotolísis de 2 moléculas de H 2 O. Sin embargo en la fase oscura tienen que fijarse 6 moléculas de CO 2 para formar una glucosa, es por eso que se realiza la fotolísis de 12 moléculas de agua y se necesitan 12 NADPH+H y 18 ATP. 1) FASE LUMINOSA O PRIMERA ETAPA: 12 H 2 O + 12 NADP+ 18 (ADP +Pi) + LUZ --> --->. . . 6 O 2 + 12 (NADPH + H+) + 18 ATP 2) FASE OSCURA O SEGUNDA ETAPA: 6 CO 2 + 12 (NADPH + H+) +18 ATP --> ---> C 6 H 12 O 6 + 6 H 2 O + 12 NADP+ +18 (ADP +Pi)

METABOLISMO Biología. 2º Bachillerato Síntesis de compuestos orgánicos nitrogenados: Los nitratos que se encuentran disueltos en el suelo se convierten gracias al ATP y NADPH+H en ácido glutámico y en otros aminoacidos. También los iones sulfato disueltos en el suelo dan lugar a aminoacidos como la cisteina, gracias al ATP y NADPH+H que se obtiene en la fase luminosa. ØPlantas C 3: siguen el ciclo de calvin como hemos visto. ØPlantas C 4: son plantas de clima tropical , que tienen que cerrar sus estomas para evitar perdida de agua, pero esto les supone problemas de fotorrespiración, es decir que se acumula oxígeno en sus cloroplastos y se activa la función oxidasa de la rubisco en lugar de la carboxilasa, lo que daría lugar a una disminución del rendimiento fotosintético, por eso la molécula aceptora de CO 2 es el ácido fosfoenolpirúvivo, ya que la enzima que cataliza esta reacción no se ve afectada por los niveles de oxígeno, se forma así oxalacetico, de ahí C 4 y luego ya pueden seguir el ciclo de Calvin

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METABOLISMO Biología. 2º Bachillerato La fotorrespiración: Consiste en la activación de la función oxigenasa de la ribulosa-1, 5 -difosfato , lo cual ocurre cuando hay altas concentraciones de oxígeno. En esta reacción se produce glicolato-2 -fosfato y posteriormente se metaboliza en una variante del ciclo de Calvin. Durante este proceso metabólico, se producen CO 2 y NH 3 y se consumen ATP lo que hace que la fotorrespiración sea un proceso que conlleva un elevado derroche energético.

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METABOLISMO Biología. 2º Bachillerato Factores que influyen en la fotosíntesis: • Concentración de CO 2 • Concentración de O 2 • Escasez de agua • Temperatura • Intensidad de la luz • Color de la luz

METABOLISMO Biología. 2º Bachillerato FACTORES QUE CONDICIONAN EL RENDIMIENTO FOTOSINTÉTICO El aumento de CO 2 incrementa el rendimiento de la fotosíntesis. 200 R. . 180. foto 160 sint 140 etic 120 o 100 80 60 40 20 0 0 123 lux 21, 9 lux 6, 31 lux 1, 74 lux 0, 407 lux 5 10 15 20 25 30 Concentración de CO 2 (mol/l) El aumento de O 2 disminuye la eficacia de la fotosíntesis. R. f o t o s i n t e t i c o 100 0, 5% O 2 80 20% O 2 60 40 20 0 0 10 20 Intensidad de la luz 30 (x 104 erg/cm 2/seg) 40 50

METABOLISMO Biología. 2º Bachillerato FACTORES QUE CONDICIONAN EL RENDIMIENTO FOTOSINTÉTICO Escasez de agua: disminuye el rendimiento fotosintético, ante la falta de agua se cierran los estomas para evitar la desecación y aumenta la fotorrespiración. El rendimiento fotosintético aumenta con la temperatura hasta un punto máximo (Tª óptima de actividad enzimática). R. f oto sin teti co 400 350 300 250 200 150 100 50 0 0 10 20 30 40 Temperatura 10 (o. C) 20 30 40

METABOLISMO Biología. 2º Bachillerato La fotosíntesis es proporcional a la intensidad de luz hasta un punto en el que su rendimiento se estabiliza. Intensidad fotosintética FACTORES QUE CONDICIONAN EL RENDIMIENTO FOTOSINTÉTICO Planta de sol Planta de sombra Intensidad luminosa

METABOLISMO Biología. 2º Bachillerato Color de la luz: El mayor rendimiento fotosintético se consigue con luz azul o roja, que es donde absorben las clorofilas. Si la luz es superior a 680 nm solo funciona el fotosistema I y el rendimiento fotosintético disminuye.

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METABOLISMO Biología. 2º Bachillerato NADH Quimiosíntesis: formación de materia orgánica a partir de materia inorgánica con la energía de reacciones de oxidación-reduccción. 1. Se obtiene ATP y NADH 2. Se emplea el ATP y NADH para sintetizar compuestos orgánicos a partir de CO 2, sulfatos…

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METABOLISMO Biología. 2º Bachillerato Ejemplos de bacterias quimiosintéticas: Bacterias del nitrógeno: oxidan el amoníaco que procede de la descomposición de animales, cadáveres, restos vegetales y lo transforman en nitratos. üBacterias nitrosificantes: pasan el amoníaco en ión nitrito. Genéro Nitrosomonas üBacterias nitrificantes: pasan el ión nitrito a nitrato. Género Nitrobacter Bacterias incoloras del S, oxidan el sulfuro de hidrógeno a sulfitos y sulfatos. Bacterias del hierro; oxidan los compuestos ferrosos a férricos.