ANABOLISMO AUTÓTROFO

Fotosíntesis y Quimiosíntesis

LA FOTOSÍNTESISEs un proceso anabólico , que consiste en transformar la materia inorgánica (pobre en energía) en orgánica (rica en energía), utilizando para ello la energía procedente del sol.

FOTOSÍNTESIS OXIGÉNICA

Dador de e- es el H2O.

Se desprende O2

FOTOSÍNTESIS ANOXIGÉNICA

El dador de e- es el SH2.

No se desprende O2

La energía luminosa activa los e-, que pasan a través de una cadena de transporte, en la que se sintetiza ATP.

FOTOSÍNTESIS OXIGÉNICAFases

FASE OSCURA

Se utiliza la energía obtenida en la fase lumínica para formar azúcares.

FASE LUMÍNICALa energía luminosa se convierte en energía química.

FASE LUMÍNICALa energía luminosa se convierte en energía química .Tiene lugar en los grana del cloroplasto .Necesita luz y clorofila .Durante el proceso tiene lugar la fotólisis del agua .Se desprende O 2, procedente del agua.Se forman ATP y PODER REDUCTOR

FOTÓLISIS DEL AGUA

H2O 2e- +2H+ + 1/2O2

hγ

FOTOFOSFORILACIÓN

ADP + Pi ATP

FASE OSCURA

Se utiliza el ATP y el Poder Reductorpara formar azúcares.

No necesita luz ni clorofila.

Tiene lugar en el estroma del cloroplasto.

No hay desprendimiento de O2.

CO2

NADPH + H+

ATP

GLUCOSA

NADP

ADP + Pi

FASE LUMÍNICA: FotosistemasFOTOSISTEMA: Estructuras del cloroplasto donde se encuentran los

pigmentos fotosintéticos englobados en proteínas tr ansmembrana.

Están formados por dos subunidades:

� ANTENA: En ella se encuentran los pigmentos antena , capaces de

absorber los fotones y transmitir su energía al pigmento diana y al centro de

reacción. Predominan los pigmentos sobre las proteínas.

� CENTRO DE REACCIÓN: En él está el pigmento diana , capaz de captar

la energía procedente del pigmento antena y emitir e-. También se encuentra

aquí el primer dador de e -, que recoge los emitidos por el pigmento diana y

los cede al primer aceptor . En el centro de reacción predominan las

proteínas sobre los pigmentos.

FOTOSISTEMASFotosistema I : se encuentra sobre todo en los tilacoides de estroma, y su pigmento diana es la clorofila P700.

Fotosistema II : se encuentra sobre todo en los grana y su pigmento diana es la clorofila P680.

Pigmento diana: Clorofila αn (P-680)Por cada molécula de αn 40 moléculas

de clorofila αProteínas.

Pigmento diana: Clorofila α1(P700)

Otros pigmentos: Clorofila α y β-carotenos.

Proteínas.

Centro dereacción

4 moléculas de clorofila α por cada 3 de clorofila β.

1-2 moléculas de xantofilaProteínas

4 moléculas de clorofila α por cada una de clorofila β.

Proteínas.Antena

FOTOSISTEMA II (P-700)

FOTOSISTEMA I (P-680)

Fotofosforilación no cíclicaFase lumínica

PS II: Fotosistema II, con clorofila que absorbe luz d e 680nm

PS I: Fotosistema I, que absorbe luz de 700 nm

Fotosforilación cíclicaFase lumínica

� Los e - parten del P700 y vuelven a P700.

� No se obtiene poder reductor.

� Se obtiene el ATP necesario para superar el déficit de la fosforilación no cíclica.

DISPOSICIÓN DE LOS FOTOSISTEMAS EN LA MEMBRANA DEL TILACOIDES

HIPÓTESIS QUIMIOSMÓTICA (MITCHELL)

La energía desprendida en la cadena de transporte electrónico se utiliza para bombear H+ hacia el espacio intertilacoide en contra de gradiente .

Los H+ vuelven al estroma a favor de gradiente , a través de las ATP-sintetasas, formándose ATP.

FASE OSCURA: REACCIONES

QUE FIJAN EL CARBONO.

Ciclo de Calvin.

El NADPH+H+ y el ATP obtenido en la Fase lumínica oxidan al CO2 para formar Gliceraldehído-3-P. A partir de él se forman las demás moléculas orgánicas.

CICLO DE CALVIN

Resumen de las etapas de la fotosíntesis

Condiciones ¿En dónde? ¿Qué ocurre aparentemente? Resultados

Reacciones que capturan energía

Luz Tilacoides La luz que incide sobre el Fotosistema II lanza electrones cuesta arriba. Estos electrones son reemplazados por electrones de moléculas de agua que, al escindirse, liberan O2. Los electrones luego pasan cuesta abajo, a lo largo de una cadena de transporte de electrones, al Fotosistema I y de éste -nuevamente cuesta abajo- al NADP, que se reduce formando NADPH. Como resultado de este proceso, se forma un gradiente de potencial electroquímico merced al cual se produce ATP a través de un mecanismo quimiosmótico

La energía de la luz se convierte en energía química que se almacena en enlaces de ATP y NADPH

Reacciones de fijación de carbono

No requieren luz, aunque algunas

enzimas son reguladas por

ella

Estroma Ciclo de Calvin. El NADP y el ATP formados en las reacciones que capturan energía lumínica se utilizan para reducir el dióxido de carbono. El ciclo produce gliceraldehído fosfato, a partir del cual puede formarse glucosa y otros compuestos orgánicos

La energía química del ATP y del NADPH se usa par incorporar carbono a moléculas orgánicas

La fotorrespiración es un proceso en el cual la ribulosa fosfato se combina con oxígeno dando como resultado final -después de varios pasos que implican a los cloroplastos, peroxisomas y mitocondrias- la liberación de dióxido de carbono. La fotorrespiración es muy limitada en las plantas C4 y, en condiciones de luz solar intensa, elevadas temperaturas o sequía, las plantas C4 son más eficientes que las C3.

FOTORRESPIRACIÓN

Plantas C 4: adaptadas a condiciones de elevada temperatura y escasez de agua.

ANATOMÍA DE LAS PLANTAS C3 Y C4En las hojas de las

plantas C3, el proceso complejo de la

Fotosíntesis ocurre en las células del

mesófilo. En cambio, en las C4, la fijación inicial del C ocurre también en dichas

células, pero el ciclo de Calvin se lleva a cabo

en las células de la vaina, que, a diferencia

de las C3, contienen cloroplastos.

De este modo, incluso en días secos y calurosos, la concentración de CO2 en las células de la vaina es suficiente para que se produzca fotosíntesis.

VÍA DE HATCH-SLACKPlantas C4

Vía para la fijación del C en las plantas C4

El CO2 se fija primero en las células del mesófilo como ác.

Oxalacético. Luego es transportado a las células de la

vaina, donde se desprende como CO2, y entra en el ciclo

de Calvin. El ácico pirúvicovuelve a las células del

mesófilo, donde se convierte en fosfo-enol-pirúvico, capaz de

captar una nueva molécula de CO2 (ac. Oxalacético) y se

repite el proceso.

FOTOSÍNTESIS DE LAS PLANTAS C3 Y C4

Frecuentemente menor

Frecuentemente mayor

Fotorrespiración

Células de la vaina del haz conductor

Células del mesófiloSitio donde ocurre el Ciclo de Calvin

Gliceraldehido-3-PGliceraldehído-3-PPrimer producto del Ciclo de Calvin

Ácido oxalacético(4 carbonos)

Gliceraldehído-3-P(3 carbonos)

Primer producto de la fijación del CO 2

PEP-carboxilasaRib-di-P-carboxilasaEnzima que cataliza la captura del CO 2en el mesófilo

Fosfo-enol-pirúvicoRibulosa 1,5 di PAceptor primario del CO 2

PLANTAS C 4PLANTAS C 3

FOTOSÍNTESIS ANOXIGÉNICABacterias fotosintéticas

� Hay fase lumínica (con fosforilación cíclica y acíclica) y oscura.

�Sólo funciona el Fotosistema I, que se localiza en la membrana plasmática.

�El aceptor de H+ y e- es el NAD+

�No hay fotólisis del H2O: El dador de e- puede ser el SH2 (Sulfobacterias) o un compuesto orgánico (Bacterias verdes).

QUIMIOSÍNTESIS� Es un proceso exclusivo de algunas bacterias.

� Consiste en la síntesis de ATP a partir de la energía desprendida por determinadas reacciones de oxidación de sustancias inorgánicas.

� Muchos de estos compuestos proceden de la descomposición de la materia orgánica . (SH2, NH3…)

FASES:

� OXIDACIÓN: Reacciones que desprenden energía (ATP), H+ y e-

�CICLO DE CALVIN: Síntesis de compuestos orgánicos.

BACTERIAS QUIMIOSINTÉTICAS

� Bacterias incoloras del azufre: Responsables de la fijación del SH2procedente de la descomposición de la materia orgánica, que abunda en aguas residuales.

� Bacterias del nitrógeno : oxidan compuestos reducidos del nitrógeno, como el amoniaco, procedente de la descomposición de cadáveres animales y de restos vegetales, y los convierte en nitratos asimilables por las plantas.

� Nitrosificantes: 2NH3 + O2 2 NO2- + 2H+ + 2 H2O + ATP

� Nitrificantes: NO2- + ½ O2 NO3

- + ATP

� Bacterias del hierro: transforman los depósitos minerales de carbonatos de hierro en yacimientos de óxidos de hierro.

� Bacterias del hidrógeno : pueden utilizar hidrógeno molecular y son quimioautótrofos facultativos.

QUIMIOSÍNTESISBacterias fijadoras del nitrógeno

Fijación abiótica. La fijación natural puede ocurrir por procesos químicos espontáneos, como la oxidación que se produce por la acción de los rayos, que forma óxidos de nitrógeno a partir del nitrógeno atmosférico.

Fijación biológica del N: Algunas bacterias pueden fijar el N2atmosférico y reducirlo a NH3, mediante un complejo enzimático: la nitrogenasa.

Las bacterias nitrosificantes y nitrificantes convierten el NH3 en nitratos y nitritos, que pueden ser absorbidos por las plantes verdes.

Ejemplos de bacterias fijadoras del N2 :

� Heterótrofas: Azotobacter, Chlostridium.

� Simbiontes: Rhizobium (Asociadas a las raíces de las leguminosas).

� Fotosistéticas: Algunas Cianobacterias.

CICLO DEL NITRÓGENO