Tema 3 Lanabolisme auttrof Pg 53 Les reaccions

Tema 3. L’anabolisme autòtrof Pàg 53 Les reaccions anabòliques són reaccions redox en que es redueix la matèria, es parteix de molècules senzilles per arribar a molècules complexes, són reaccions endotèrmiques que consumeixen energia (ATP) Es distingeixen dues etapes: L’anabolisme autòtrof que és la reducció de molècules inorgàniques fins a molècules orgàniques senzilles L’anabolisme heteròtrof és la reducció de les molècules orgàniques senzilles fins a molècules orgàniques complexes

glicogen triacilglicèrids glicogenòlisi glicogènesi esterificació glucosa gluconeogènesi lactat lipòlisi Síntesi de proteïnes àcids grassos glucòlisi proteolisi aminoàcids lipogènesi piruvat Proteïnes acetil-Co. A àcids grassos β-oxidació cadena respiratòria fosforilació oxidativa O 2 ATP ADP+Pi NADH NAD+ H 2 O acetil-Co. A cicle de Krebs CO 2 Catabolisme i anabolisme heteròtrof

Fotosíntesi: Anabolisme en què l’energia la proporciona la llum. Algues, plantes, cianobacteris i bacteris fotosintètics (proprats i verds) Quimiosíntesi: Anabolisme en què l’energia la proporciona l’oxidació de compostos inorgànics. Bacteris del sofre, bacteris del nitrogen

LA FOTOSÍNTESI La fotosíntesi és la conversió de l’energia lluminosa en energia química. Per això calen els pigments fotosintètics que són sensibles a la llum capten la seva energia i l’utilitzen per activar electrons. Per recuperar els electrons activats els pigments poden recórrer a: 1) Aigua Fotosíntesi oxigènica ja que es desprèn oxigen Es realitza als cloroplasts (i en el cas dels cianobacteris en tilacoides del citoplasma) 2) Àcid sulfhídric Fotosíntesi anoxigènica ja que no es desprèn oxigen Es realitza en estructures anomenades clorosomes

sol H 2 O O 2 captacióó de captaci l’energia lluminosa membrana til·lacoidal FASE LLUMINOSA calor ATP NADPH CO 2 sucres calor fixacióó fixaci cel carboni del carboni estroma FASE NO-LLUMINOSA NO -LLUMINOSA o FASE FOSCA Dues fases: Lluminosa Es fabrica energia: ATP i Poder reductor: NADPH Fosca o no-lluminosa: S’utilitzen el NADPH i l’ATP per fixar el carboni CO 2

PIGMENTS FOTOSINTÈTICS: Clorofil·la (verda) Carotens (vermells) Xantofil·les (grogues) Ficocianines (blaves) Ficoeritrines (vermells)

FOTOSISTEMA Pàg 56 PSI amb clorofil·la P 700 al centre de reacció PSII amb clorofil·la P 680 al centre de reacció

Estroma Interior del til·lacoide

FASE LLUMINOSA cloroplasts

FOTOFOSFORILACIÓ CÍCLICA Pàg 59 Els electrons donen voltes al PSI i només es sintetitza ATP

sol H 2 O O 2 captacióó de captaci l’energia lluminosa membrana til·lacoidal FASE LLUMINOSA calor ATP NADPH CO 2 sucres calor fixacióó fixaci cel carboni del carboni estroma FASE NO-LLUMINOSA EAC Fotosíntesi Pàg 56 ex 1 i 3 Pàg 59 ex 7 i 8 Pàg 60 ex 12 i 13

La clau és l’enzim RUBISCO la llum l’activa (al mateix temps que desactiva la glicòlisi) CICLE DE CALVIN PÀG 61 Plantes C 3

Gliceraldehid-3 -fosfat Midó o glucosa o fructosa o sacarosa (citoplasma) O servir per fabricar aminoàcids o o àcids grassos (cloroplasts) Pàg 62 -63 Midó

LA FOTORESPIRACIÓ La fotorespiració es produeix quan l’enzim RUBISCO actua oxidant en lloc de carboxilant degut a l’agument de la quantitat d’O 2 respecte a la de CO 2. Aquest canvi en l’activitat de l’enzim es produeix per augment de la concentració d’O 2 degut al tancament d’estomes per evitar les pèrdues d’H 2 O en moments de molta insolació i sequera. L’adaptació dels vegetals a aquests ambients s’ha donat amb dos mecanismes Les plantes C 4 com el blat de moro, la canya de sucre Les plantes CAM (metabolisme àcid de les crassulàcies) càctus, . . . Veure fotocòpia fotorespiració EAC Fotosíntesi i activitat enzimàtica

Factors que influeixen en la fotosíntesi. Pàg 64 La temperatura La concentració de CO 2 La concentració d’O 2 La intensitat lluminosa L’escassetat d’aigua Observar gràfics de la pàgina 64 EAC Més fotosíntesi Pàg 64 ex 19, 21, 23

LA QUIMIOSÍNTESI. Pàg 65 Els organismes que fan quimiosíntesi (oxidació de matèria inorgànica per obtenir energia en forma d’ATP) són importants, tot i que minoritaris, per que tanquen els cicles biogeoquímics de la matèria. En primer lloc oxiden matèria inorgànica per obtenir energia en forma d’ATP, amb part d’aquest ATP provoquen un transport invers d’electrons en la CTE per obtenir NADH En la segona fase sintetitzen matèria orgànica (fixació del CO 2) mitjançant el cicle de Calvin. Test de la unitat pàg 67 Exercicis de les pàgines 68 i 69

3. 1. Un fotosistema està constituït per proteïnes transmembranals que constitueixen dues subunitats, anomenades complex captador de llum o antena i centre de reacció. Aquestes molècules capten l’energia lluminosa i la cedeixen a les molècules veïnes presents en cada fotosistema fins a una molècula diana que és capaç d’iniciar una reacció de transferència d’electrons (redox). Hi ha dos tipus de fotosistemes: el PSI (es localitza als tilacoides d’estroma o no amuntegats) i el PSII (als grànuls o tilacoides amuntegats). 3. 3. Un pigment diana és aquell que, quan rep energia lluminosa (fotons), allibera electrons cap a altres molècules, és a dir, inicia una reacció química; en canvi, els pigments d’antena són aquells que, quan reben energia lluminosa, simplement transmeten aquesta energia d’excitació a altres molècules sense perdre cap electró. 3. 7. ATP i NADPH, amb despreniment de O 2. 3. 8. Flux cíclic d’e-: dóna lloc només a la síntesi d’ATP. Hi actua només el fotosistema I. Flux acíclic d’e-: a més d’ATP, genera NADPH. Hi intervenen els fotosistemes I i II. 3. 12. Com que el PSII produeix la fotòlisi de l’aigua, constantment produeix protons (H 1) i electrons (e 2), i encara que es pogués establir un cicle de protons (amb l’acció de les ATP-sintetases) i d’electrons (amb l’acció del citocrom b 6 -f i de la plastocianina), com passa en la fase lluminosa cíclica, la producció constant de H 1 sense un NADP 1 -reductasa capaç de transferir-los al NADP 1 acidificaria tant el medi que els enzims s’alterarien.

3. 13. El PSII serveix per poder aprofitar el H 2 O com a font d’electrons per al pigment diana i de protons per reduir el NADP 1. Els bacteris que estan mancats de PSII tan sols tenen el PSI, que és energèticament menys eficaç, i no poden utilitzar l’aigua (per això, la seva fotosíntesi no produeix oxigen), sinó que han d’utilitzar H 2 S com a font d’electrons i de protons. Com que el sofre no té atrets electrons de l’hidrogen amb tanta força com ho fa l’oxigen, és més fàcil de trencar (per això, aquesta fotosíntesi produeix sofre col·loïdal en lloc d’oxigen). Els bacteris fotosintètics del sofre estan limitats a la presència de H 2 S a l’aigua per poder viure. 3. 19. S’aturaria perquè faltarien els NADP 1 (utilitzats per acceptar els hidrògens procedents del H 2 O), que es generen en la fase fosca. Aquesta interdependència de les dues vies, que es crea perquè recíprocament necessiten el substrat que produeix l’altra, s’anomena complementació per dependència de substrat. 3. 21. Procedeix del H 2 O. 3. 23. La fotòlisi de l’aigua, la fosforilació de l’ADP i la fotoreducció del NADP 1 es duen a terme a les membranes dels tilacoides. El cicle de Calvin (reducció del CO 2) i la reducció dels nitrats i dels sulfats que aporten nitrogen i sofre reduïts per a la síntesi d’aminoàcids tenen lloc a l’estroma. Encara que no són reaccions de la fotosíntesi, cal esmentar altres reaccions bioquímiques importants que també tenen lloc a l’estroma, que són la síntesi de midó, la síntesi d’aminoàcids, la síntesi de moltes proteïnes als ribosomes dels cloroplasts i la duplicació de l’ADN del cloroplast.

TEST DE LA UNITAT 3. 31. d) Les corresponents a la llum vermella i a la llum blava. 3. 32. e) La plastoquinona. 3. 33. b) Per reemplaçar els electrons perduts pel fotosistema II. 3. 34. b) A la plastoquinona. 3. 35. c) A la ferredoxina. 3. 36. a) Al pas de protons a través dels enzims ATP-sintetases de dintre a fora dels tilacoides. 3. 37. b) En les molècules d’ATP. 3. 38. a) NADP 1. 3. 39. c) Es transfereix a altres pigments en forma d’energia d’excitació. 3. 40. d) Les algues i les plantes. 3. 41. b) De l’aigua. 3. 42. a) La plastocianina. 3. 43. b) La ribulosa-1, 5 -difosfat-carboxilasa. 3. 44. c) L’àcid 3 -fosfoglicèric. 3. 45. c) L’energia s’obté a partir de l’oxidació de compostos orgànics.

3. 46. a) La major part del pes que ha guanyat el salze en créixer prové del carboni del CO 2, que l’arbre ha organificat mitjançant la fotosíntesi. Les plantes verdes utilitzen les sals minerals del sòl, per la qual cosa el sòl ha disminuït de pes, tot i que poc. b) Aquests autors posaren de manifest que les plantes verdes, en presència de la llum, capten CO 2 ( «l’aire dolent» , viciat pels animals o per la combustió) i alliberen O 2, segons l’esquema del costat Durant les hores de llum (entre les 5 i les 17 hores): es produeix la fotosíntesi i la respiració. Durant les hores de foscor: només es produeix la respiració. Durant les hores de foscor, com que només es produeix CO 2 (per la respiració) però no se’n consumeix (no es dóna la fotosíntesi), en va augmentant la concentració a l’aire de l’hivernacle. Durant les hores de llum, es continua produint la respiració del vegetal, però ara també es produeix fotosíntesi, i la quantitat de CO 2 que consumeix aquest procés és major que la quantitat de CO 2 que produeix la respiració, per la qual cosa els nivells de CO 2 a l’aire de l’hivernacle baixen. d) L’oxigen alliberat està marcat radioactivament, la qual cosa indica que, contràriament al que proposà Warburg, l’oxigen de la fotosíntesi procedeix de la fotòlisi de l’aigua, no del CO 2.

3. 47. 1) 1. L’opció 2. S’observa en el gràfic que a les 12: 00 hi ha una màxima activitat de la fotosíntesi. Considerant que els glúcids són un dels productes finals de la fotosíntesi, a aquesta hora hi haurà una màxima producció de glúcids. 2. L’opció 4. En el període comprès entre les 5 i les 21 hores s’observa activitat conjunta de fotosíntesi i respiració. Més enllà d’aquests límits no funciona la fotosíntesi, tot i que es manté l’activitat respiratòria. 2) L’alumnat hauria de fer referència a l’equació general de la fotosíntesi, a partir de la qual hauria de: – Destacar la participació del diòxid de carboni com a substrat general del procés. – Justificar que l’activitat fotosintètica depèn dels substrats (a més de la llum) i, per tant, de la presència del diòxid de carboni. – Argumentar que un consum superior dels substrats, i per tant de diòxid de carboni, implica una intensitat superior de la fotosíntesi. – Situar la intervenció del diòxid de carboni en la fase fosca de la fotosíntesi (poden esmentar el cicle de Calvin) i destacar la importància de la fixació del carboni «inorgànic» . 3) a) L’alumnat pot argumentar en dues línies que es consideraran correctes: – La crítica està evidentment fonamentada. L’experiment, tal com s’ha realitzat, no permet conèixer quin seria el resultat del creixement en un medi on faltés exclusivament el fòsfor. – La crítica és correcta perquè, si el que l’alumne argumenta és cert, els resultats són compatibles amb la seva hipòtesi.

b) El disseny que faci l’alumnat haurà de contenir els elements segu ents. – Preparar diferents grups de plantes i fer-les créixer en dos substrats diferents: requeriments normals de nitrogen i fòsfor, i requeriments normals de nitrogen amb dèficit de fòsfor. – Vigilar que, en tots els grups de plantes utilitzats, la resta de condicions que puguin influir en el creixement i en la forma i el color de les fulles siguin les mateixes. – Analitzar en els diferents grups si el creixement de les plantes és normal, així com la presència d’alteracions a les fulles, i determinar en quins dels substrats hi ha més incidència d’alteracions en el creixement i el desenvolupament de les fulles. 3. 48. 1) a) Períodes de llum: fotosíntesi 1 respiració. La fotosíntesi en les seves dues fases, la lluminosa i la fosca, es produeix quan a la planta li arriba energia de la llum. A més, la planta respira per obtenir energia metabòlica. b) Períodes de foscor: respiració. Als períodes de foscor la planta no fa fotosíntesi, però continua respirant. 2) La major part del pes que guanyen les plantes de menta prové del carboni del CO 2, que les plantes organifiquen mitjançant la fotosíntesi. L’oxigen procedeix de la hidròlisi de l’aigua segons l’esquema. L’equació general de la fotosíntesi haurà de correspondre, amb poques variacions, a la que es mostra a continuació.

3. 49. 1) Si la planta aquàtica ha estat sotmesa l’acció de la llum i no li manquen els substrats necessaris per fer la fotosíntesi (diòxid de carboni i aigua), haurà sintetitzat matèria orgànica i oxigen. Donat el muntatge, aquest gas s’ha anat acumulant i ha format una petita cambra gasosa a la part superior del tub d’assaig. El gas acumulat, l’oxigen, prové de la fotòlisi de l’aigua, que s’esdevé en la fase lluminosa de la fotosíntesi. 2) a) L’alumne confon el gas acumulat en el muntatge que ha estat a les fosques amb el que s’acumula en el muntatge il·luminat. Pensa que el gas que s’observa en el muntatge B procedeix de la fotosíntesi. b) La planta a les fosques no fa la fotosíntesi, però sí que executa la respiració cel·lular (que funciona amb i en absència de llum). El gas acumulat en aquest muntatge que s’ha mantingut a les fosques és diòxid de carboni i procedeix de la respiració cel·lular. No hi ha hagut fotosíntesi a les fosques. 3) a) Variable independent: La il·luminació, la presencia/ absència de llum. Variable dependent: L’activitat fotosintètica (mesurada a través del gas acumulat al tub d’assaig). b) Es tracta d’un experiment amb/sense (amb llum/ sense llum), per tant podem entendre que el muntatge sense llum actua com a control de l’experiment. També cal considerar que aquesta és l’única diferència entre les condicions a les quals s’han sotmès els muntatges. El control de l’experiment serveix per assegurar que els canvis experimentats per la variable dependent procedeixen dels canvis induïts en la variable dependent i no d’altres factors.