BIOLOGIA II

L’ANABOLISME AUTÒTROF

•Identificació de les característiques generals de l’anabolisme.

•Coneixement dels tipus i les etapes de la fotosíntesi.

•Comparació entre fotosíntesi i quimiosíntesi.

•Localització cel·lular de les diferents vies metabòliques.

•Anàlisi del procés de regulació del procés fotosintètic.

CONTINGUTS

L’ANABOLISMEVia constructiva del metabolisme

Síntesi de molècules Orgàniques a partir de M.I.

Síntesi de molècules Orgàniques a partir de M.O. més simple

LA FOTOSÍNTESI

- Conversió d’energia lluminosa en energia química, que queda emmagatzemada en molècules orgàniques.

- Dos tipus segons el que s’allibera a l’atmosfera:1. Fotosíntesi oxigènica2. Fotosíntesi anoxigènica (bacteris porpres i verds del Sofre)Tres tipus, principalment, segons el tipus d’àtom que s’incorpora

a la matèria orgànica:3. Fotosíntesi dels compostos del carboni4. Fotosíntesi dels compostos del nitrogen5. Fotosíntesi dels compostos del sofre

CLOROFIL·LA

H2O

SA

LSCO2

O2

M.O.

Estructures fotosintetitzadoresUna cèl·lula eucariota té de 30 a 40 cloroplasts, 500.000 cloroplasts/mm2

Els Cianobacteris tenen els til·lacoids al citoplasma

Els bacteris anoxigènics no tenen til·lacoids

ELS FOTOSISTEMES

La Fotosíntesi es divideix de dues fases:

1. FASE DEPENDENT DE LA LLUM (LLUMINOSA): Fase de conversió de l’energia llumínica en energia química ATP.

2. FASE INDEPENDENT DE LA LLUM (FOSCA) : Utilització del CO2 i l’energia química (ATP) per sintetitzar molècules orgàniques

FASE DEPENDENT DE LA LLUM (Lluminosa o fotoquímica):

Conjunt de reaccions que transformen l’energia solar

en ATP.

Es produeix als Til·lacoids del Cloroplast gràcies a

unes associacions moleculars on participen els

PIGMENTS FOTOSINTÈTICS.. Les associacions

moleculars es diuen FOTOSISTEMES

Els fotosistemesSón centres on s’agrupen pigments fotosintètics, entre ells la clorofil·la, la seva funció és captar fotons de llum .Hi ha 2 tipus de FOTOSISTEMES: PSI i PSII

Pigments fotosintètics i absorció de la llum

Porfirina de Mg

Fitol

CH3CHO

Clorofila a Clorofila b Bacterioclorofila

Beta-caroteno

Luteina

Pigments fotosintètics i absorció de la llumEls carotenoids són tetraterpens (40-C) de color groc, taronja o vermell, presentes en tots els organismes fotosintètics. Existeixen dos tipus de carotenoids: els carotens (hidrocarburs típics, com el beta caroté) y las xantofiles (derivats oxigenats dels carotenoides, com la luteïna).

Els carotenoids actuen com pigments fotosintètics en tots els organismes fotosintètics. A més d’absorbir la llum, que posteriorment transfereixen a les clorofil·les, aquests pigments eviten la fotooxidació de la clorofil·la. Por això, qualsevol mutació que afecti a la biosíntesi dels carotenoids és letal per les plantes.

Espectre llum visible

Un fotosistema és una associació de pigments que capten el màxim de fotons.

Quan un fotó arriba a una molècula de pigment en un complexe captador de llum, l'energia passa de molècula a molècula fins que arriba all centre de reacció.

Al centre de reacció, un electró excitat d’una de les dues molècules de clorofil·la a és capturat pel principal acceptor electrónic.

Representació d’un FOTOSISTEMA

Al centre de reacció hi ha 2

molècules de Clorofil·la α o

PIGMENTS DIANA

TIPUS DE FOTOSISTEMES

FOTOSISTEMA I PSI, P700El pigment diana capta la llum de 700nm ( P700 ). Els e- perduts pel PSI els rep d’un donador d’electrons, la Plastoquinona.

TIPUS DE FOTOSISTEMES

FOTOSISTEMA II PSII, P680El pigment diana capta la llum de 680nm ( P680 ). Els e- perduts pel PSII els rep de l’aigua per un procés anomenat fotòlisi.

FASE LLUMINOSA (esquema general)

Repàs de la fotosíntesi

Fase Lluminosa acíclicaEls fotons captats pel CR del PSII (P680) produeix els següents processos.

1. Fotolisi de l’aigua. La pèrdua d’un e- pel fotosistema és remplaçat pels que deixa l’aigua en trencar-se. Com a producte es produeix O2 i H+

2. Fotofosforilació de l’ATP. Els e- del PSII passen a la PQ que bombeja dos protons de l’estroma al tilacoide mentre li cedeix al complexe de citocroms b-f i creen un gradient electroquímic . Els H+ passen a l’estroma per les ATP sintetases (teoria quimiosmòtica de Mitchel). El complexe b-f li passa els electrons a la PC

3. Fotorreducció del NADP+: Quan els fotons exiten els electrons del CR del PSI els cedeix a una proteïna FERRIDOXINA i els remplaça amb els de la PC.

La Fd passa els electrons a la NADP-reductasa que formarà NADPH + H+

Balaç Fase lluminosa acíclica

Fase lluminosa

Fase lluminosa

1. Fotòlisi de l’aigua: H2O + 2 fotons 1/2O2 + 2H+ + 2 e-

2. Fotoreducció del NADP+ : NADP+ + 2H+ + 2e- NADPH + H+

3. Balanç total:

Photosinthesis

Fase lluminosa cíclica

Només intervé el PSI.

El e- passen de la Fd al citocrom b6 i aquest a la PQ bombant 2 H+ a l’interior del tilacoide que desprès passaran pe l’ATP sintetasa cap a l’estroma.

Es produeix amb llum de λ> 680 nm (roig llunyà)

Cyclic Photosynthesis

Fase fosca o BIOSINTÈTICA

Fase fosca

Es produeix a l’estroma del CP

Són un conjunt de reaccions que aprofiten el ATP i el NADPH de la fase lluminosa per produir molècules orgàniques a partir del CO2 de l’aire i les sals minerals del sòl ( NO3 SO4

2-)

No necessita la presència de la llum

Fase Fosca Síntesi de compostos de Carboni

CICLE DE Calvin

Es distingeixen 2 processos:

1. Fixació del CO2. El CO2 de l’aire s’uneix a una pentosa que dóna lloc a una molècula de 6C molt inestable de 3C. Les plantes que segueixen aquesta via es diuen C3.

Ribulosa-difosfat-carboxilasa-oxidasa (RUBISCO)

Fase Fosca Síntesi de compostos de Carboni

CICLE DE Calvin

2. Reducció del CO2 fixat. El PG amb l’ATP i el NADPH de la fase lluminosa es redueix a Gliceraldehid 3P (GAP), aquest pot seguir 3 vies:

1. Via de les pentoses fosfat que

regeneren la Ribulosa 2P.

2. Síntesi de midó, aa i àcids grassos.

3. Síntesi de glucosa i fructosa aquesta es

dóna al citoplasma cel·lular

Balanç Global de la fotosíntesi oxigènica del carboni

Fotosíntesi dels compostos orgànics nitrogenats i dels compostos orgànics amb sofre

sulfat sulfit

FotorespiracióEs dóna quan en el centre actiu de Rubisco s’uneix O2en lloc de CO2. Aleshores es desencadena un cicle de fotorespiració, en el qual es gasta O2 i que pot arribar a rebaixar el rendiment fotosintètic de la planta fins un 50%.

El desencadenant és una alta quantitat de llum, que fa que augmenti la [O2] a l’estroma.

Pot protegir les plantes front un excés de llum en condicions de baixa [CO2], és a

dir, en aquestes condicions pot ser una via per dissipar l’excés d’ATP i NADPH als

tilacoides, evitant així danys sobre l’aparell fotosintètic. Es per aquest motiu que

un procés que, en teoria, no és beneficiós ha perdurat al llarg de l’evolució de les

plantes.

• Per minimitzar les conseqüències de la fotorespiració algunes espècies de plantes d’evolució recent i que viuen en entorns àrids i secs han desenvolupat mecanismes per augmentar la [CO2] al voltant de la Rubisco, dos exemples són les plantes C4 i les plantes CAM.

Plantes C4 i CAM

C4 Són plantes tropicals, fan la ruta de Hatch-Slack, tenen 2 tipus de cloroplasts, unes en les cèl·lules internes bordejant els vasos conductors i altres a les cèlules del parènquima perifèric(mesòfil).

Capten el CO2 amb una àcid fosfoenolpirúbic PEP i el transporten al mesoderm per alliberar-lo i fer el Cicle de Calvin.

29

Plantas C4

30

Plantas CAM

Les plantes CAM viuen en ambients molt càlids i aixuts, per no perdre aigua han de tancar els estomes i fer la fotosíntesi amb el CO2 guardat durant la nit

Factors que influeixen en la fotosíntesi

• Temperatura:

Un sistema enzimàtic augmenta el seu rendiment amb la tra, fins que apareix la desnaturalització

Concentració de CO2 Concentració de O2

Factores

Disminueix l’eficàcia per afinitat amb la RUBISCO en la fotorrespiració

Intensitat lluminosaPlantes de sol i d’ombra. Amb molta llum pot apareixer la fotorrespiració

Escasetat d’aigua

La fotosíntesi anoxigènica

Fa 3400 m.a. van apareixer els primers microorganismes fotosintètics, amb pigments (bacterioclorofil·la) .

No produien O2

Només tenien el PSI i utilitzen la fase lluminosa cíclica. Utilitzen com a donador d’electrons l’H2S.

Bacteris verds i púrpures del Sofre

Columna winogranski

3. La Quimiosíntesi síntesi d'ATP a partir de l'energia

que es desprèn de determinades substàncies inorgàniques en les reaccions d'oxidació.

Els organismes que realitzen aquests processos es denominen quimioautòtrofs. Tots són bacteris.

Tanquen els cicles biogeoquímics, possibilitant la vida en el planeta i tornant al substrat les substàncies procedents de l'oxidació de matèria de descomposició dels organismes morts.

D'aquesta manera, les restes dels éssers vius es transformen en sals minerals de nitrogen o sofre que poden ser de nou absorbides pels vegetals.

Tipus de bacteris quimiosintètics- Bacteris incolors del sofre: són aerobis: H2S + 1/2O2 S + H2O + Energia (50 kcal/mol)

2S + 3O2 + 2H2O 2SO42- + 4H+ + Energia (119 kcal/mol)

- Bacteris del nitrogen: oxiden NH3. Dos grups:

1. Bacteris nitrosificants, ex: Nitrosomonas:2NH3 + 3O2 2NO2

- + 2H+ + 2H2O + Energia (65 kcal/mol)

2. Bacteris nitrificants: oxiden nitrits, ex: Nitrobacter: NO2

- + ½ O2 NO3- + Energia (18 kacl/mol)

- Bacteris del Ferro: oxiden compostos ferrosos a fèrrics: 2FeCO3 + 3H2O + ½ O2 2Fe(OH)3 + 2CO2 + Energia (40kcal/mol)

- Bacteris de l’hidrogen: són quimioautòtrofs facultatius:H2 + ½ O2 H2O + Energia (57 kcal/mol)

http://www.slideshare.net/profesorjano/quimiosintesis