¡Bienvenidos!
En esta entrada vamos a hablar del metabolismo.
El metabolismo es el conjunto de reacciones que se llevan a cabo en nuestro organismo, y se puede diferenciar en catabolismo y anabolismo .
En primer lugar hablaremos del catabolismo.El objetivo del catabolismo es la obtención de energía transformando moléculas complejas en otras más sencillas. No todos los tipos de moléculas se degradan de la misma manera por lo que existen diversas rutas catabólicas:
-Glucólisis:Se da en el citosol,en ella se degrada la glucosa por medio de 10 reacciones hasta llegar a 2 moléculas de piruvato.Durante este proceso se obtienen 2 moléculas de ATP y 2 moléculas de NADH.
-Hélice de Lynen: también llamada β-oxidación de ácidos grasos, es la ruta catabólica por la que se descomponen los ácidos grasos. Se parte de un acilglicérido, el primer paso es que se debe romper el enlace éster que une la glicerina y el o los ácidos grasos. Una vez separados en el citosol, los ácidos grasos entran a la matriz mitocondrial gastando 2 ATP y activándose mediante la coenzima A. Allí, dependiendo de cuántos números de carbonos tenga el ácido graso, se realizarán las mismas reacciones más o menos veces. Estas reacciones convierten el extremo del ácido graso en una molécula de acetil-CoA (2C), que se separa y se une más tarde al ciclo de Krebs.
-Catabolismo de proteínas: en primer lugar, las proteínas se degradan en aminoácidos. Estos, se degradan en dos fases:
· Transaminación: el aminoácido pierde el grupo amino al cedérselo al α-cetoglutarato, que se transforma en glutamato. Del aminoácido queda el esqueleto carbonado, que se incorpora al ciclo de Krebs.
· Desaminación oxidativa:el glutamato pierde el grupo amino en forma de NH3 y reaparece el α-cetoglutarato.
-Catabolismo de los ácidos nucleicos: los nucleótidos se degradan en pentosas(que van a la ruta de las pentosas ),en ácido fosfórico (que se elimina con la orina)y las bases nitrogenadas (se degradan dando lugar a urea, amoníaco y ácido úrico)
Después de catabolizar las principales biomoléculas orgánicas, para la obtención de energía las moléculas de acetil-CoA se incorporan al ciclo de Krebs, en la matriz mitocondrial. Cada vuelta de este ciclo producirá 3 NADH, 1 FADH2 y 1 GTP.
El GTP se transformará en ATP, que es la molécula conocida como "moneda de intercambio energético" ,el NADH se transformará en 3 ATP y el FADH se transformará en 2 ATP.
El NADH y FADH2 se dirigirán a la cadena transportadora de electrones, situada en las crestas mitocondriales, donde se da la fosforilación oxidativa y liberan electrones y protones. Los electrones pasan por la cadena, que consta de 6 complejos proteicos, liberando así protones al espacio intermembranoso. Se produce una fuerza protón-motriz entre la matriz y el espacio intermembrana, así, los protones vuelven a la matriz mediante las ATP-asas produciendo ATP.
A continuación os dejo un esquema sobre el metabolismo centrándose en el catabolismo.
En segundo lugar, hablaremos del anabolismo,que es opuesto al catabolismo.
Con las reacciones anabólicas se obtiene materia orgánica compuesta ,y para ello gasta energía.Hay diferentes tipos de anabolismo:
-Autótrofo: las reacciones se dan a partir de moléculas inorgánicas sencillas. Diferenciamos, según la fuente de energía en dos:
· Fotosíntesis oxigénica: se da en los cloroplastos y la energía que se consume es energía luminosa. Consta de dos fases: En la fase luminosa, diferenciamos dos tipos, según cuál sea el último aceptor de electrones: la cíclica, en la que participan los fotosistemas I, y el último aceptor es únicamente el ATP; y la acíclica, que participan los fotosistemas I y II, y los últimos aceptores son el ATP y NADPH, en ella se produce una hidrólisis de agua, produciéndose así O2. En la segunda fase, la fase oscura, se utiliza la energía producida en la fase luminosa para fijar CO2 (con la ayuda de la enzima rubisco) a la ribulosa-1,5-diP y dar lugar a moléculas de más átomos de carbonos.
· Fotorrespiración: se produce cuando la rubisco actúa como oxidasa. Es perjudicial para las células ya que no se obtiene energía y se producen productos perjudiciales.
· Quimiosíntesis: la energía que se utiliza es energía química que proviene de la oxidación de moléculas inorgánicas. Hay diversos tipos de bacterias, dependiendo del sustrato que se oxide.
-Heterótrofo: el carbono para la formación de materia orgánica compleja es aportado por moléculas orgánicas simples:
· Gluconeogénesis: proceso por el que se forma la glucosa. No es un proceso inverso a la glucólisis ya que hay tres reacciones de ella que no son reversibles. Una vez formada la glucosa, se puede dar la glucogenogénesis o la amilogénesis.
· Anabolismo de acilglicéridos: para que se puedan unir la glicerina y los ácidos grasos se necesita glicerol-3-P que se forma, o bien a partir de la dihidroxiacetona-3-P, o a partir de la fosforilación de la glicerina. Los ácidos grasos por su parte, se forman a partir de una molécula de acetil-CoA que sale al citosol para unirse al complejo SAG, donde se le va añadiendo malonil-CoA hasta dar el ácidos graso que se desee.
· Anabolismo de aminoácidos: se debe formar el esqueleto carbonado a partir de moléculas del ciclo de Krebs o de la glucólisis. Y por otra parte, el grupo amino, que se obtiene mediante reacciones de transaminación donde el glutamato cede el grupo amino a otros cetoácidos formando los aminoácidos.
· Anabolismo de ácidos nucleicos: se forman por la unión de varios nucleótidos. Estos se resintetizan, o bien, se sintetizan de nuevo.
A continuación os dejo un esquema del anabolismo:
Por último os dejo unos esquemas de los vídeos de las lessons plans y unas preguntas que hemos hecho en grupo (preguntas del metabolismo), y otras que hemos hecho individualmente (preguntas del anabolismo):
METABOLISMO
SÍNTESIS DE ATP
COENZIMAS:ATP Y NAD
CINÉTICA ENZIMÁTICA
DIFERENCIAS ENTRE CATABOLISMO Y ANABOLISMO
RESPIRACIÓN CELULAR
GLUCÓLISIS Y CICLO DE KREBS
TRANSPORTE DE ELECTRONES Y FOSFORILACIÓN OXIDATIVA
FERMENTACIONES
DIFERENCIAS ENTRE RESPIRACIÓN Y FERMENTACIÓN
FOTORRESPIRACIÓN
ANABOLISMO
FASE LUMINOSA
FASE ACÍCLICA
FASE CÍCLICA
FASE OSCURA
PREGUNTAS METABOLISMO
1.- ¿Cómo y cuándo tiene lugar la descomposición del agua en el proceso de fotosíntesis? ¿Cuáles son sus consecuencias?
La descomposición del agua, proceso denominado hidrólisis del agua tiene lugar en la fase luminosa acíclica de la fotosíntesis. Debido a la luz que incide sobre la clorofila P680, ésta se excita y cede dos electrones. Para reponerlos se produce la hidrólisis del agua,la cual ocurre dentro de los tilacoides, donde se quedan los dos protones producidos. Las consecuencias de este proceso son la fotorreducción del NADP y la fotofosforilación del ADP. El primer aceptor cede los dos electrones a una cadena transportadora de electrones,como resultado se produce la fotorreducción del NADP. Además, se produce la fotofosforilación del ADP obteniéndose así ATP ,este proceso se produce debido a la diferencia de potencial eléctrico que se da, ya que por cada dos electrones entran cuatro protones al interior del tilacoide, dos procedentes de la hidrólisis y otros dos impulsados por la CTE.
2.- Cloroplastos y fotosíntesis. A) Durante el proceso fotosintético, coexisten un flujo cíclico y un flujo no cíclico de electrones. Exponga brevemente el sentido fisiológico de cada uno de ellos y cuáles son sus componentes principales.
El sentido fisiológico de la fase luminosa acíclica es la obtención de ATP y NADPH, y el sentido fisiológico de la fase luminosa cíclica es la obtención de ATP. Los componentes de la fase acíclica son los fotosistemas II y I, la plastocianina, feofitina, ferredoxina,plastoquinona, ATP-sintetasa, NADP+ reductasa y el complejo de citocromos b-f. Los componentes de la fase cíclica son la ferredoxina, plastocianina, complejo de citocromos b-f, fotosistema I y ATP-sintetasa.
B) Existen algas procarióticas (cianobacterias) que carecen de cloroplastos y sin embargo realizan el proceso fotosintético de forma similar a como lo realizan las plantas superiores. ¿Cómo es posible? Aunque las cianobacterias carezcan de cloroplastos, poseen tilacoides en sus citoplasma con los pigmentos fotosintéticos.
3.- Explique brevemente la finalidad que tienen los siguientes procesos: - Metabolismo:
Obtención de materia y energía mediante la transformación de unas biomoléculas en otras.
- Respiración celular:
Obtener energía en forma de ATP, CO2 y H2O a partir de la oxidación de moléculas orgánicas. - Anabolismo:
Obtención de macromoléculas a partir de otras moléculas más sencillas,utilizando ATP.
- Fotosíntesis:
Obtener materia orgánica y oxígeno a partir de inorgánica.
- Catabolismo:
Obtener energía mediante la degradación de moléculas orgánicas complejas en moléculas orgánicas más sencillas. 4.- Defina: Fotosíntesis, fotofosforilación, fosforilación oxidativa y quimiosíntesis. -Fotosíntesis:
Proceso por el cual se convierte la energía luminosa procedente del sol en energía química, la cual queda almacenada en moléculas orgánicas. Este proceso se consigue llevar a cabo gracias a pigmentos fotosintéticos.
-Fotofosforilación:
Proceso que ocurre en las ATP-sintetasas de la fase luminosa de la fotosíntesis, en el que se obtiene una molécula de agua y ATP mediante la adición de un fósforo inorgánico a un ADP.
-Fosforilación oxidativa:
Proceso de síntesis de ATP a partir de ADP y Pi, llevado a cabo por las ATP-sintetasas en la cadena de transporte de electrones, en las crestas mitocondriales durante la respiración celular.
-Quimiosíntesis:
Proceso que consiste en la síntesis de ATP a partir de la energía que se desprende en las reacciones de oxidación de determinadas sustancias inorgánicas, y el posterior uso de ese ATP para transformar la materia inorgánica en materia orgánica.
5.- Anabolismo y catabolismo. Citar dos ejemplos de cada uno de estos procesos y en qué orgánulos celulares se producen.
Anabolismo: fotosíntesis (cloroplastos) y gluconeogénesis (citoplasma).
Catabolismo: respiración celular (mitocondrias) y fermentación (citoplasma).
6.- Un proceso celular en eucariota genera ATP y NADPH (H) con producción de oxígeno por acción de la luz sobre los pigmentos. ¿De qué proceso se trata? ¿Para qué se utiliza el ATP y el NADPH formados? ¿Participan los cloroplastos (indicar brevemente cómo). Se trata de la fase luminosa acíclica de la fotosíntesis. El ATP y NADPH formados se utilizan para la síntesis de moléculas más complejas posteriormente en la fase oscura. Sí, ya que este proceso se da en la membrana de los tilacoides de los cloroplastos, donde se encuentran los pigmentos fotosintéticos.
7.- ¿Qué es el ATP? ¿Qué misión fundamental cumple en los organismos? ¿En qué se parece químicamente a los ácidos nucleicos? ¿Cómo lo sintetizan las células (indicar dos procesos)?
El Adenosín-trifosfato (ATP) es un nucleótido que actúa en el metabolismo como moneda energética. Su misión fundamental en los organismos es almacenar y ceder energía (cada uno de sus enlaces éster-fosfórico es capaz de almacenar 7’3 kcal/mol).
Químicamente se parece a los ácidos nucleicos en que está compuesto por la base nitrogenada adenina,la ribosa y por grupos fosfatos. Las células lo pueden sintetizar mediante dos formas distintas: -Fosforilación a nivel sustrato:Lo sintetizan gracias a la energía liberada al romperse un enlace de una biomolécula.
-Fosforilación oxidativa:Lo sintetizan a partir de la energía liberada por los electrones que pasan a través de la cadena respiratoria de las crestas mitocondriales.
8.- De los siguientes grupos de organismos: algas eucariotas, angiospermas, cianobacterias (cianofíceas), helechos y hongos, ¿Cuáles llevan a cabo la respiración celular? Todos. ¿Cuáles realizan la fotosíntesis oxigénica?Todos menos los hongos.
9.- Del orden de un 50 % de la fotosíntesis que se produce en el planeta es debida a la
actividad de microorganismos. Indique en qué consiste el proceso de la fotosíntesis.
¿Cuáles son los sustratos necesarios y los productos finales resultantes?
La fotosíntesis es un proceso de conversión de energía luminosa procedente del sol en energía química que queda almacenada en moléculas orgánicas. Este proceso es posible gracias a los pigmentos fotosintéticos, que son capaces de captar la energía luminosa y utilizarla para activar alguno de sus electrones y transferirlos a otros átomos. La fotosíntesis consta de dos fases: fase lumínica y fase oscura. La fase luminosa ocurre en los tilacoides y en esta se capta la energía luminosa y se genera ATP y NADPH+H. La fase oscura tiene lugar en el estroma y se emplea los productos obtenidos en la fase luminosa para sintetizar moléculas orgánicas. Este proceso necesita de CO2, H2O y energía luminosa. Como productos finales se obtiene glucosa, oxígeno y agua.
10.- Describe la fase luminosa de la fotosíntesis y cuál es su aporte al proceso fotosintético global.
Existen dos formas de realizar la fase luminosa de la fotosíntesis: con transporte acíclico de electrones o con transporte cíclico. En ella intervienen cadenas de transporte electrónico que transfieren electrones de una moléculas a otras y ATPasas, las cuales sintetizan ATP gracias al bombeo de protones de forma similar a como sucede en la respiración mitocondrial. En la fase luminosa acíclica el Fotosistema II gracias a la clorofila P680 capta los fotones procedentes del sol, por ello esta se excita y cede dos electrones al primer aceptor de electrones. Para reponer los electrones perdidos se lleva a cabo la hidrólisis del agua ,gracias a ella se liberan 2 electrones que continúan la fase, dos protones que van a la ATPasa y O2. Seguidamente los electrones pasan por la plastoquinona y el complejo citocromos b-f y llegan al fotosistema ,en él la clorofila (P700) capta dos fotones de la luz solar. Los protones se reducen para formar NADPH + H+ En este proceso por cada dos electrones, entran cuatro protones. En la fase luminosa cíclica el único proceso que ocurre es la fotofosforilación del ADP y solo interviene el Fotosistema I. Gracias a este proceso por cada tres protones se obtiene una molécula de ATP,y estos ATP son necesarios para que se produzca la fase oscura.
11.- ¿Qué es un organismo autótrofo quimiosintético?
Un organismo autótrofo quimiosintético es aquel que realiza la quimiosíntesis, proceso en el que se sintetiza ATP con la energía desprendida en reacciones de oxidación de sustancias inorgánicas. 12.- Define en no más de cinco líneas el concepto de "Metabolismo", indicando su función biológica.
El metabolismo es el conjunto de reacciones químicas que se producen en el interior de las células y que conducen a la transformación de unas biomoléculas en otras con el fin de obtener materia y energía para llevar a cabo las tres funciones vitales (nutrición, reproducción y relación).
13.- Indique qué frases son ciertas y cuáles son falsas. Justifique la respuesta:
a) Una célula eucariótica fotoautótrofa tiene cloroplastos pero no tiene mitocondrias.
Falso, ya que el término fotoautótrofo indica que tiene que hacer la fotosíntesis por la cual obtiene materia orgánica. Pero eso no implica que no necesite llevar a cabo respiración celular, por lo que tendrá mitocondrias.
b) Una célula eucariótica quimioheterótrofa posee mitocondrias pero no cloroplastos.
Verdadero, la célula eucariota quimioheterótrofa necesita realizar la respiración celular para obtener energía porque no realiza ni la fotosíntesis ni la quimiosíntesis.
c) Una célula procariótica quimioautótrofa no posee mitocondrias ni cloroplastos.
Verdadero, porque los cloroplastos son utilizados para realizar la fotosíntesis y estos organismos realizan la quimiosíntesis y en las células procariotas no hay mitocondrias.
d) Las células de las raíces de los vegetales son quimioautótrofas.
Verdadero, las células de las raíces son las encargadas de llevar a cabo reacciones químicas y no la fotosíntesis.
14.- Fotosistemas: Conceptos de complejo antena y centro de reacción. Función y localización.
Un fotosistema es un complejo formado por proteínas transmembranosas que contienen pigmentos fotosintéticos y forman dos subunidades funcionales: el complejo captador de luz antena y el centro de la reacción. Estos fotosistemas se encuentran en las membranas de los tilacoides. El complejo antena, es una estructura que contiene pigmentos fotosintéticos encargados de captar la energía luminosa y transmitirla hasta el centro de reacción. El centro de reacción es una estructura formada por dos moléculas esenciales, como son el pigmento diana, que al recibir la energía, la transfiere a la otra molécula esencial, denominada el primer aceptor de electrones, que cederá los electrones a otra molécula externa.
15.- Compara:
a) Quimiosíntesis y fotosíntesis.
Estos dos procesos son anabólicos, es decir, de construcción. La diferencia principal es la fuente de energía, ya que en el proceso de la fotosíntesis la energía procede de la luz del sol mientras que en la quimiosíntesis, la fuente de energía procede de la oxidación producida por otro organismo.
b) Fosforilación oxidativa y fotofosforilación.
En los dos procesos se sintetiza el ATP. La fotofosforilación se da en la fotosíntesis, concretamente en la fase luminosa acíclica, en ella se produce la oxidación del agua y el oxígeno con NADP. Por otro lado, la fosforilación oxidativa se da en el catabolismo y reduce el oxígeno a agua gracias a los electrones cedidos por el NADH y el FADH2.
16.- La vaca utiliza los aminoácidos de la hierba para sintetizar otras cosas, por ejemplo la albúmina de la leche (lactoalbúmina). Indica si este proceso será anabólico o catabólico. Razona la respuesta.
El proceso presentado es anabólico ya que se construye proteínas como la lactoalbúmina o cualquier otra macromolécula, a partir de los aminoácidos que obtiene de la hierba, que son las unidades más sencillas para formar estas proteínas.
17.- Explica brevemente si la proposición que sigue es verdadera o falsa. El ATP es una molécula dadora de energía y de grupos fosfatos.
Verdadero, el ATP es una molécula que se encarga de almacenar y transportar energía por medio de los enlaces que posee con grupos fosfato, en concreto 3 como su nombre indica. La energía es liberada cuando esta molécula rompe un enlace con un grupo fosfato liberando energía y perdiendo un grupo fosfato.
18.- ¿En qué lugar de la célula y de qué manera se puede generar ATP?
El ATP se sintetiza a través de dos vías:
-Fosforilación a nivel de sustrato: cuando una biomolécula se hidroliza, es decir, que rompe uno de sus enlaces ricos en energía, y la energía liberada es captada por un ADP. Esto ocurre en la glucólisis y en el ciclo de Krebs, por lo tanto el proceso ocurre en la mitocondria y en el citosol de la célula
-Reacción enzimática con ATP-sintetasas: cuando los protones de la cadena transportadora de electrones pasan a traves de la enzima ATP-sintetasa, este proceso puede ocurrir en dos sitios diferentes:
->> En las crestas mitocondriales mediante la fosforilación oxidativa
->> En la membrana tilacoidal del cloroplasto en la fotofosforilación
19.- Papel del acetil-CoA en el metabolismo. Posibles orígenes del acetil-CoA celular y posibles destinos metabólicos (anabolismo y catabolismo). Principales rutas metabólicas que conecta.
El acetil-coA es una molécula que se utiliza en el catabolismo y anabolismo de lípidos y es importante en el ciclo de Krebs. Se puede formar de diferentes formas: con la unión del acetato con una coenzima-A; mediante la B-oxidación de los ácidos grasos; en la gluconeogénesis; en la síntesis de ácidos grasos; y en la síntesis de aminoácidos.
20.- Esquematiza la glucólisis:
a) Indica al menos, sus productos iniciales y finales.
b) Destino de los productos finales en condiciones aerobias y anaerobias.
c) Localización del proceso en la célula.
21.- Una célula absorbe n moléculas de glucosa y las metaboliza generando 6n moléculas de CO2 y consumiendo O2. ¿Está la célula respirando ? ¿Para qué? ¿participa la matriz mitocondrial? ¿Y las crestas mitocondriales?.
La célula está respirando y realiza este proceso con el fin de obtener energía. La Matriz mitocondrial participa em esta respiración puesto que es el lugar donde se produce el Ciclo de Krebs y las crestas mitocondriales también ya que en ellas tiene lugar la cadena transportadora de electrones.
22.- ¿Qué ruta catabólica se inicia con la condensación del acetil-CoA y el ácido oxalacético, y qué se origina en dicha condensación? ¿De dónde provienen fundamentalmente cada uno de los elementos? ¿Dónde tiene lugar esta ruta metabólica?.
La ruta catabólica que se inicia con la condensación del acetil-CoA y el ácido oxalacético es el Ciclo de Krebs que a través de una serie de reaciones se obtiene GTP , 3NADH y FADH2. El acetil-CoA proviene del ácido pirúvico (citosol) y el ácido oxalacético se encuentra en el propio ciclo. Esta ruta metabólica tiene lugar en la matriz mitocondrial.
23.- ¿Qué molécula acepta el CO2 en la fotosíntesis? ¿Qué enzima cataliza esta reacción? ¿A qué moléculas da lugar?
En la fotosíntesis, la enzima rubisco es la macromolécula aceptora de CO2, la enzima encargada de catalizar esta reacción es el NADPH que da lugar a moléculas como el almidón, ácidos grasos y glucosa.
24.- Indique cuál es el papel biológico del NAD, NADH + H. en el metabolismo celular. Escriba tres reacciones en las cuáles participe.
El NAD y NADH+H son coenzimas que permiten obtener energía para los diferentes procesos que ocurren en el metabolismo. Participa en la glucólisis, en el ciclo de Krebs y en la hélice de Lynen.
37-Indique el rendimiento energético de la oxidación completa de la glucosa y compárelo con el obtenido en su fermentación anaerobia. Explique las razones de esta diferencia.
En la oxidación completa de la glucosa se obtienen 36 ó 38 ATP dependiendo del tipo de célula, sin embargo en la fermentación solamente se obtienen 2 moléculas de ATP.
Esto ocurre porque el proceso de la fermentación no comprende la cadena transportadora de electrones.
38.- ¿En qué orgánulos celulares tiene lugar la cadena de transporte de electrones , uno de cuyos componentes son los citocromos? ¿Cuál es el papel del oxígeno en dicha cadena? ¿Qué seres vivos y para qué la realizan?.
La cadena de transporte de electrones tiene lugar en la superficie de la membrana mitocondrial interna.
El oxígeno es el último aceptor y actúa como oxidante.
La llevan a cabo los organismo aerobios, para obtener energía.
39.- En el ciclo de Krebs o de los ácidos tricarboxílicos:
-¿Qué tipos principales de reacciones ocurren?.
- ¿Qué rutas siguen los productos liberados?
Los tipos principales de reacciones ocurren son oxidación-reducción.
Las rutas que siguen los productos liberados son, el NADH y el FADH2 continúan hacia la cadena transportadora de electrones. El GTP ya es moneda energética y el CO2 se libera. Las enzimas oxidadas NADH y FADH2 serán utilizadas en la cadena transportadora de electrones para obtener ATP.
40- Metabolismo celular: -Define los conceptos de metabolismo, anabolismo y catabolismo. -¿Son reversibles los procesos anabólicos y catabólicos? Razone la respuesta. -El ciclo de Krebs es una encrucijada metabólica entre las rutas catabólicas y las rutas anabólicas? ¿Por qué?
El metabolismo, es el conjunto de reacciones químicas que tienen lugar en el interior de las células de los seres vivos ( para satisfacer sus necesidades y energía).
El catabolismo, es el conjunto de reacciones del metabolismo que permiten la degradación de moléculas para transformarse en más simples y liberando energía.
El anabolismo, es el conjunto de reacciones que tienen por objetivo la síntesis de moléculas complejas a partir de moléculas precursoras sencillas y energía.
-Los procesos anabólicos y catabólicos, si que son reversibles, pues las moléculas orgánicas pueden ser formadas o destruidas, ejemplo: ácidos grasos, donde la β-oxidación de estos, puede darse en un sentido o en otro. Algunos pasos no son iguales, no están catalizados por las mismas enzimas, siguen diferentes vías para llegar al mismo compuesto. Ejemplo: la destrucción y la formación de la glucosa, glucogenogénesis y gluconeogénesis.
41. Quimiosíntesis: Concepto e importancia biológica.
La quimiosíntesis es la síntesis de ATP a partir de la energía que se desprende en otras reacciones. Esta posee una gran importancia, pues gracias a ella, se cierran los ciclos biogeoquímicos y muchas bacterias, que no pueden realizar la fotosíntesis, pueden sintetizar así materia orgánica, sin necesidad de realizar la fotosíntesis.
42-Importancia de los microorganismos en la industria. Fermentaciones en la preparación de alimentos y bebidas. Fermentaciones en la preparación de medicamentos.
Son muy importantes en la industria al realizar procesos de fermentación que tienen utilidad para el hombre, fermentación láctica ( bacterias y hongos) utilizados para la obtención del queso y otros productos lácteos. Los que realizan fermentación alcohólica ( levaduras) utilizados para la obtención del vino, cerveza y otras bebidas alcohólicas. La fermentación en la fabricación de medicamentos, los más importantes producidos por microorganismos son los antibióticos, sustancias químicas que matan o inhiben el crecimiento de otros microorganismos y han reducido la peligrosidad de muchas enfermedades infecciosas.
43. Fermentaciones y respiración celular. Significado biológico y diferencias.
Fermentación: proceso catabólico oxidativo que parte de un sustrato orgánico en el que no participa oxígeno, su producto final es una sustancia orgánica.
Respiración celular: proceso catabólico en el que un sustrato se oxida completamente hasta generar compuestos inorgánicos. El proceso se realiza a través de una cadena de transporte de electrones o cadena respiratoria.
La diferencia esencial entre respiración y fermentación, es la participación de una cadena de transporte de electrones y la consiguiente combustión completa, no la presencia o no del oxígeno.
Otras diferencias que observamos son: la respiración se obtiene 36 ó 38 ATP y en la fermentación 2 de ATP, la respiración se da en la matriz mitocondrial y la fermentación se da en el citosol, la fermentación es un proceso anaeróbico mientras que la respiración puede ser aerobia o anaerobia.
44.A) En la figura se indican esquemáticamente las actividades más importantes de un cloroplasto. Indique los elementos de la figura representados por los números 1 a 8.
B) Indique mediante un esquema, qué nombre reciben las distintas estructuras del cloroplasto. ¿En cuál de esas estructuras tiene lugar el proceso por el que se forman los elementos 4 y 6 de la figura? ¿Dónde se produce el ciclo de Calvin?
C) ) Explique brevemente (no es necesario que utilice fórmulas) en qué consiste el ciclo de Calvin.
A) 1- CO2
2- Ribulosa-1,5-difosfato
3- ADP + P
4- ATP
5- NADPH
6- NADP+
7- H2O
8- O2
B) El 4 y 6 están en el estroma, que es donde se produce el ciclo de Calvin, en el proceso de la fotosíntesis, en la fase oscura de esta.
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C) Consiste en producir moléculas complejas a partir de CO2 y H2O, y con el aporte energético de la fase luminosa.
45.A) la figura representa esquemáticamente las actividades más importantes de una mitocondria. Identifique las sustancias representadas por los números 1 a 6.
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A) 1- Ácido pirúvico
2- Acetil-CoA
3- ADP
4-ATP
5-NADH
6- O2
B) La utilización de la energía liberada por la hidrólisis de determinados enlaces del compuesto 4 hace posible que se lleven a cabo reacciones energéticamente desfavorables. Indique tres procesos celulares que necesiten el compuesto 4 para su realización.
En la glucólisis, en la fotosíntesis y en el acoplamiento del ácido pirúvico a la matriz mitocondrial. C) En el esquema, el compuesto 2 se forma a partir del compuesto 1 , que a su vez, proviene de la glucosa. ¿Sabría indicar otra sustancia a partir de la cual se pueda originar el compuesto 2?
El acetil-CoA, se puede formar a partir de otro ácido graso.
46.a) El Esquema representa un cloroplasto ¿Qué denominación reciben los elementos indicados por los números 1-7?
b) En los cloroplastos, gracias a la luz, se producen ATP y NADPH. Indique esquemáticamente, cómo se desarrolla este proceso
c) Las moléculas de ADN de los cloroplastos y las mitocondrias son mucho más pequeñas que las bacterias. ¿Contradice este hecho la hipótesis de la endosimbiosis sobre el origen de las células eucarióticas?
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A) 1- Espacio intermembranoso
2- Membrana interna
3- Membrana externa
4- Tilacoide del estroma
5- ADN plastidial
6- Ribosoma
7- Tilacoide de gránulos.
B)
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El ATP y NADPH se obtienen en la fase luminosa, más concretamente en 16 ATP en la acíclica y 2 ATP en la cíclica. Se obtienen también 12 moléculas de NADPH.
C) Este hecho no contradice la hipótesis de la endosimbiosis sobre el origen de las células eucarióticas, el tamaño no influye en esta teoría. No, porque la teoría endosimbiótica dice que los cloroplastos y las mitocondria se formaron por la simbiosis de una bacteria con una célula, y por tanto no se corresponde al tamaño de la célula, ya que se ha producido una fusión.
47. El Esquema (misma figura de la página anterior) representa un cloroplasto ¿Qué denominación reciben los elementos indicados por los números 1-7?
a) En el interior de este cloroplasto hay almidón. Explique, mediante un esquema, como se forma la glucosa que lo constituye.
b) Indique tres similitudes entre cloroplastos y mitocondrias.
1- Espacio intermembranoso
2- Membrana interna
3- Membrana externa
4- Tilacoide del estroma
5- ADN plastidial
6- Ribosoma
7- Tilacoide de gránulos.
A) El proceso de formación de la glucosa que constituye el almidón es la la gluconeogénesis.
B) Ambos son orgánicos transductores de energía, poseen una misma composición de la membrana plasmática pero sin colesterol, comparten ciertas estructuras: membrana externa, membrana interna, ADN, espacio intermembranoso, ribosomas, enzimas.
48.a) El esquema representa un a mitocondria con diferentes detalles de su estructura. Identifique las estructuras numeradas 1 a 8.
b) Indique dos procesos de las células eucariotas que tengan lugar exclusivamente en las mitocondrias y para cada uno de ellos establezca una relación con una de las estructuras indicadas en el esquema.
c) Las mitocondrias contienen ADN. Indique dos tipos de productos codificados por dicho ADN.
📷
A) 1- Mitorribosomas
2- Cresta mitocondrial
3- Mitorribosomas
4- Membrana interna
5- Membrana externa
6- Espacio intermembranoso
7- ATP-sintetasa
8- Complejos proteicos.
B) El ciclo de krebs que se realiza en el interior de la matriz mitocondrial.
La fosforilación oxidativa se realiza en las crestas mitocondriales.
C) El ARNm y las proteínas
PREGUNTAS ANABOLISMO:
1.- ¿Todos los organismos autótrofos son fotosintéticos?
No, los organismos autótrofos pueden ser fotosintéticos,que son los que utilizan la luz como fuente de energía o quimiosintéticos,cuya fuente de energía es la procedente de las reacciones de oxidación de compuestos inorgánicos. 2.- Indica las semejanzas y las diferencias entre fotosíntesis y quimiosíntesis.
Ambos son procesos anabólicos que sintetizan nuevas moléculas orgánicas y consisten en la síntesis de ATP a partir de la energía que se libera en diferentes fases.
FOTOSÍNTESIS QUIMIOSÍNTESIS
Es un proceso que ocurre en las plantas verdes, en cualquier lugar donde haya luz solar.
Es un proceso que ocurre en bacterias, en lugares alejados de la luz solar.
Es la conversión de materia inorgánica en materia orgánica, gracias a la luz solar.
Es la conversión de materia inorgánica en materia orgánica, gracias a reacciones químicas de oxidación y reducción.
Requiere del agua para el desarrollo del proceso.
El agua es resultado del proceso.
Transforma el dióxido de carbono y agua en glucosa y oxígeno.
Transforma el sulfato de hidrógeno, el dióxido de carbono y el oxígeno para producir azúcares y agua.
3.- ¿Qué diferencia hay entre un pigmento diana y un pigmento antena? Los pigmentos antena son aquellos que captan energía luminosa y la pasan a otros pigmentos mientras que los pigmentos diana, recogen toda la energía de los pigmentos antena y son capaces de pasar los electrones al 1º aceptor de electrones y se los repondrá el 1º dador de electrones. 4.- ¿Qué se entiende por fotólisis del agua y cuántas moléculas han de sufrir este proceso, para generar una molécula de O2? Es la ruptura de la molécula del agua por acción de la luz. Para generar una molécula de O2 se necesitan 2 moléculas de H2O. 5.- Tanto en la respiración mitocondrial como en la fase luminosa acíclica hay enzimas que trabajan con NADH o NADPH, una cadena transportadora de electrones y ATP-sintetasas, pero hay ciertas diferencias. Responde a las cuestiones de la siguiente tabla: La cadena transportadora de electrones está en:Membrana mitocondrial(respiración) ,membrana tilacoidal en los cloroplastos(fotosíntesis). El transportador de hidrógeno es (NADH o NADPH):NADH(respiración),NADPH(fotosíntesis). ¿Se produce oxidación del NADH o reducción del NADP+? Oxidación del NADH(respiración),reducción del NADP+(fotosíntesis) ¿Qué enzima interactúa con el NADH o el NADP+? NADH (respiración),NADP+ (fotosíntesis) ¿Actúa dicha enzima al principio o al final del proceso? Principio (respiración),final de la fase luminosa acíclica (fotosíntesis) Los protones (H+) son aportados por: Oxidación NADH(respiración),fotólisis del agua (fotosíntesis) Los protones (H+) son introducidos en: Espacio intermembrana(respiración),interior de los tilacoides (fotosíntesis) Los protones (H+) se unen …………….. para producir: NADH(respiración), NADPH(fotosíntesis). La parte globosa de la ATP-sintetasa está dirigida hacia: Matriz(respiración),estroma(fotosíntesis). La síntesis de ATP se denomina: Fosforilación oxidativa (respiración),fotofosforilación(fotosíntesis). 6.- Indica cuáles son los objetivos de la fase luminosa y de la fase oscura de la fotosíntesis, explicando la relación entre ambas. ¿Sería correcto decir que “la fase luminosa se realiza durante el día, mientras que la fase oscura ocurre durante la noche”? Razona la respuesta.
El objetivo de la fase luminosa es captar la energía luminosa para así obtener ATP y NADPH. La fase oscura necesita esta energía para conseguir sintetizar materia orgánica a partir de materia inorgánica.
No sería correcto,ya que la fase luminosa se realiza durante el día y la fase oscura puede ocurrir tanto de día como de noche, aunque suele realizarse durante el día porque es cuando se genera más ATP y NADPH.
7.- ¿En qué orgánulos de la célula eucariota transcurren los siguientes procesos metabólicos?
a) β-oxidación de los ácidos grasos:Mitocondrias.
b) Fotofosforilación:Cloroplastos.
d) Fosforilación oxidativa:Mitocondrias.
e) Captación de luz por el complejo antena:Cloroplastos.
f) Ciclo de Calvin:Cloroplastos.
g) Ciclo de los ácidos tricarboxílicos:Mitocondrias.
8.- ¿Por qué disminuye el rendimiento de la fotosíntesis en las plantas C3, cuando en ellas hay escasez de agua? ¿Por qué no sucede esto en las plantas C4?
En las plantas C3 tiene lugar la fotorespiración,que ocurre en climas secos y cálidos, por lo que las plantas cierran los estomas de las hojas para no perder agua. El oxígeno obtenido en la fotosíntesis aumenta de concentración y disminuye la concentración de C02. En esta situación, la enzima rubisco va a actuar como una oxidada y oxida a la ribulosa-1,5-difosfato hasta obtener glicocola en la mitocondria donde se libera CO2 y NH3. Esto hace que disminuya un 50% el rendimiento fotosintético de la planta porque el CO2 y el O2 compiten por el centro activo de la rubisco y se pierde energía por lo que no se genera ATP ni NADPH.
En cambio, en las plantas C4, los cloroplastos del mesófilo captan el CO2 durante la noche para que no se pierda agua. Lo acepta el ácido fosfoenolpirúvico y la enzima que actúa es la fosfoenolpiruvato carbonillas, en vez de la rubisco. Esta fijación de CO2 da lugar a ácido oxalacético que se transforma en ácido málico que pasa a las células internas donde se disocia en CO2 y en pirúvico.
9.- ¿El oxígeno que se desprende durante la fotosíntesis procede del CO2 o del H2O? El oxígeno procede del H2O ya que se da la siguiente reacción:(H20=2H + 2e- +½ 02 ). 10.- ¿A qué molécula orgánica se une el CO2, durante la fotosíntesis, para convertirse en carbono orgánico?El CO2 se une a la ribulosa-1,5-difosfato gracias a la enzima ribulosa-difosfato-carboxilasa-oxidasa. 11.- ¿Cuáles son los productos iniciales y finales de la gluconeogénesis y de la glucólisis? ¿Se puede decir que simplemente son vías metabólicas inversas? Razona la respuesta. El producto inicial de la gluconeogénesis es el ácido pirúvico y el final es la glucosa. El producto inicial de la glucólisis es la glucosa y el producto final son dos moléculas de piruvato. La gluconeogénesis es en líneas generales un proceso inverso a la glucólisis, aunque no es exactamente inverso porque algunas reacciones que se realizan en un sentido, son irreversibles, por lo que es imposible que se lleve a cabo en sentido contrario.Hay tres pasos que son irreversibles:
La conversión de ácido pirúvico a ácido fosfoenolpirúvico.
La transformación de fructosa-1,6-difosfato a fructosa-6-fosfato.
La transformación de glucosa-6-fosfato a glucosa. 12.- ¿Por qué el ácido pirúvico entra en la mitocondria para iniciar la gluconeogénesis? El ácido pirúvico entra en la mitocondria porque es donde se encuentra la piruvato carboxilasa que lo transforma en oxalacetato, y a través de una serie de reacciones este pasa a fosfoenol-piruvato hasta llegar a formar la glucosa. 13.- ¿Por qué la gluconeogénesis tiene procesos en los que el ácido oxalacético pasa a málico y de nuevo a oxalacético? Porque en la gluconeogénesis, el piruvato debidos a la enzima piruvato carboxilasa se transforma en ácido oxalacético.Por lo que, este último como no puede atravesar la membrana mitocondrial tiene que transformarse en malato, que sale al citosol y se regenera el ácido oxalacético de nuevo. 14.- ¿Qué molécula actúa como cebador (iniciador de la reacción) en la síntesis de ácidos grasos? Es el acetil-CoA de origen mitocondrial,que procede del catabolismo de los glúcidos ,de la B-oxidación de los ácidos grasos y del catabolismo de los aminoácidos. 15.- ¿Cuántas moléculas de malonil-CoA (3 carbonos) se necesitan para obtener ácido lignocérico (24 carbonos)? Se necesitan 11 malonil-CoA. 16.- ¿Cuál sería el balance neto de la síntesis de un ácido graso de 14 C? Balance ácido graso 14 C : Ac-CoA + 6 (malonil-CoA) + 12 (NADPH + H+) → ácido mirístico + 6( CO2 ) + 12 (NADP+) + 7 (CoA-SH ) + 6 H2O
17.- ¿En qué parte de la célula se realiza la biosíntesis de los ácidos grasos? La biosíntesis se realiza en el hialoplasma de la células animales y en los cloroplastos de las vegetales. 18.- ¿Qué molécula es la que por transaminación, proporciona –NH2, en gran número de vías sintetizadoras de aminoácidos? El ácido alfa ceto glutárico. ACTIVIDADES P.A.U. 19.- Describa los procesos principales que ocurren durante la fase dependiente de la luz (fase luminosa) de la fotosíntesis. (Opción A-Junio 2004) La fase luminosa consta de dos fases: la fase cíclica y la acíclica.
En la fase luminosa cíclica participa el fotosistema I. En él incíden 2 fotones, haciendo que la clorofila P700 libere 2 electrones a la ferredoxina para que después pasen por una cadena transportadora de electrones en la que participan plastoquinonas y el complejo citocromos b-f. Finalmente, la cadena transportadora de electrones da a la clorofila P700 2 electrones para que se estabilice.
En la fase acíclica participan el fotosistema I y el II. En ella los fotones inciden en el fotosistema II y la clorofila P680 libera 2 electrones. Esta clorofila recupera los 2 electrones por la fotólisis del agua, que también da 2 protones y átomos de O2. Los 2 electrones nombrados al principio pasan por la cadena transportadora de electrones y son captados por el fotosistema I, que antes ha sido estimulado por 2 fotones y pierde 2 electrones. Los electrones liberados del fotosistema I son captados por NADP+ reductasa, que recoge los 2 electrones y 2 protones del estroma para formar NADPH+H+.
20.- Defina y diferencie los siguientes pares de conceptos referidos a los microorganismos: autótrofo/heterótrofo; quimiosintético/fotosintético; aerobio/ anaerobio. (Opción B-Junio 2002)
-Autótrofo/ Heterótrofo: ambos son tipos de anabolismo, que es el conjunto de rutas en las que se produce la síntesis de moléculas complejas a partir de moléculas sencillas. Si las moléculas son inorgánicas el organismo es autótrofo mientras que si son orgánicas el organismo es heterótrofo.
-Quimiosintético/ Fotosintético; ambos son tipos de anabolismo autótrofo. El organismo fotosintético obtiene energía procedente de la luz solar y el organismo quimiosintético obtiene energía a partir de la oxidación de ciertas moléculas. Son las bacterias quimioautótrofas.
Aerobio/anaerobio: Los organismos aerobios son los que necesitan del oxígeno diatómico para vivir o poder desarrollarse. Los organismos anaerobios o anaeróbicos son los que no utilizan oxígeno (O2) en su metabolismo, ya que el aceptor final de electrones es otra sustancia diferente del oxígeno. Si el aceptor de electrones es una molécula orgánica (piruvato, acetaldehido, etc.) se trata de metabolismo fermentativo; si el aceptor final es una molécula inorgánica distinta del oxígeno (sulfato, carbonato, etc.) se trata de respiración anaeróbia.