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Colegio de Ciencias y Humanidades plantel Oriente

Biología III“Diversidad de los sistemas vivos y

metabolismo”Integrantes del equipo:o Pablo Francisco Sulamita Grupo: 504 Caballero Márquez José Alfredo Monfí González Joselin Flores Chávez Itzel Sixtos Aguilar Francisco

Sistemas vivos y metabolismoSistemas vivos y metabolismo Quimioautótrofos Quimioautótrofos

Son aquéllos capaces de utilizar compuestos inorgánicos reducidos como substratos para el metabolismo respiratorio.

Facultad exclusiva de las bacterias. Los quimioautótrofos utilizan el CO2 como

fuente principal de carbono, pero a diferencia de ellos, no utilizan la luz como fuente de energía sino que la obtienen por oxidación de compuestos inorgánicos reducidos

Su carbono celular deriva del CO2 y es asimilado mediante las reacciones del ciclo de Calvin

Los fotoautótrofos o fotótrofos (del griego: photo = luz, auto = sí mismo, troph = nutriente) son organismos (especialmente plantas) que efectúan fotosíntesis para obtener energíautilizan la energía de la luz solar para fijar el dióxido de carbono (CO2); éste es combinado con agua (H2O) formando PGAL(fosfogliceraldehido). Esta molécula se usa para sintetizar diversas moléculas orgánicas, empezando por la glucosa; usadas en los procesos celulares tales como biosíntesis (procesos anabólicos) y respiración celular.

FotoautótrofosFotoautótrofos

El proceso es llamado fotosíntesis y es realizado por las plantas por medio de la actividad de la clorofila. Las bacterias, en cambio poseen otra substancia llamada bacterioclorofila que usa el ácido sulfhídrico (H2S) en vez de agua (H2O). La bacterioclorofila usa un espectro de luz más amplio que el que usa la clorofila y que se extiende desde el infrarrojo al ultravioleta.

En los ambientes terrestres las plantas son los principales organismos fototrópicos mientras que en los ambientes acuáticos se incluyen una variedad de organismos fototróficos como algas, protistas, bacterias y cianobacterias. La fotosíntesis produce azúcares y a su vez éstas son almacenadas en forma de almidón. Esta reserva puede ser usada cuando el nivel de luz es muy bajo para que el organismo pueda satisfacer las demandas inmediatas de producción de materia orgánica. Se llama autótrofo fotolitotrófico a un organismo que usa la energia luminosa más una fuente inorgánica de electrones (tales como H2O, H2, H2S) y CO2.

En los ambientes acuáticos se llama zona fototrófica a aquélla donde penetra la luz y que, por lo tanto, permite el proceso de fotosíntesis.

Heterótrofos

Organismos HeterótrofosOrganismos Heterótrofos Los organismos heterótrofos (del griego hetero, otro,

desigual, diferente y trofo, que se alimenta), en contraste con los organismos autótrofos, son aquellos que deben alimentarse con las sustancias orgánicas sintetizadas por otros organismos, bien autótrofos o heterótrofos a su vez.

Un organismo heterótrofo es aquel que obtiene su carbono y nitrógeno de la materia orgánica de otros y también en la mayoría de los casos obtiene su energía de esta manera. A este grupo pertenecen todos los integrantes del reino animal, los hongos, gran parte de los móneras y de las arqueobacterias

Algunos organismos heterótrofos pueden obtener energía de otras fuentes. Según la fuente de energía los subtipos serían:◦ Fotoheterótrofos: estos organismos fijan la

energía de la luz. Constituyen un grupo muy reducido de organismos que comprenden la bacteria purpúrea y familia de seudomonadales. Sólo realizan la síntesis orgánica en presencia de luz (en su ausencia se comportan como heterótrofos) y en medios carentes de oxígeno◦ Quimioheterótrofos: utilizan la energía química

extraída de la materia inorgánica u orgánica.

Tipos de nutrientesTipos de nutrientesEn general, todos los heterótrofos requieren los siguientes elementos:

Glúcidos: se emplean principalmente como fuente de energía química. Lípidos: sirven como reservas energéticas concentradas. Proteínas: se utilizan como componentes estructurales y como

enzimas. El hombre requiere ocho aa. Llamados esenciales. Ácidos nucleicos Sales minerales: los esqueletos de los animales están formados por

CaCO3 o Ca3(PO4)2 y hay que aportar las sales necesarias para su mantenimiento y crecimiento.

Vitaminas: son sustancias orgánicas de composición química variable que se requieren en cantidades muy pequeñas. No pueden ser sintetizadas por el organismo, razón por la que tienen que ser aportadas por la dieta.

Agua: todos los seres vivos necesitan aporte de agua en mayor o menor proporción.

El proceso de nutrición heterótrofa de una célula se puede dividir en siete etapas:

1. Captura. La célula atrae las partículas alimenticias creando torbellinos mediante sus cilios o flagelos, o emitiendo seudópodos, que engloban el alimento.

2. Ingestión.

3. Digestión:◦ intracelular: este tipo de digestión la llevan a

cabo los seres heterótrofos más simples (protozoos y esponjas). Éstos toman el alimento directamente, lo engloban transportan al interior de sus células, y allí lo digieren. ◦ extracelular: este tipo de digestión la llevan a

cabo los animales más complejos. Ésta se produce en una cavidad central del individuo que constituye el tubo digestivo.

4. Paso de membrana.

5. Defecación o egestión

6. Metabolismo. Es el conjunto de reacciones que tienen lugar en el citoplasma. Su fin es obtener energía para la célula y construir materia orgánica celular propia. El metabolismo se divide en dos fases:

Anabolismo o fase de construcción en la que, utilizando la energía bioquímica procedente del catabolismo y las pequeñas moléculas procedentes de la digestión, se sintetizan grandes moléculas orgánicas.

b. Catabolismo o fase de destrucción, en la que la materia orgánica, mediante la respiración celular, es oxidada en el interior de las mitocondrias, obteniéndose energía bioquímica.

7. Excreción.

Fermentación.Fermentación.La fermentación es un proceso catabólico de oxidación incompleta, totalmente anaeróbico siendo el producto final un compuesto orgánico. Estos productos finales son los que caracterizan los diversos tipos de fermentaciones.Fue descubierta por Louis Pasteur, que la describió como la vie san l´air (la vida sin el aire). La fermentación típica es llevada a cabo por las levaduras. También algunos metazoos y protistas son capaces de realizarla.El proceso de fermentación es anaeróbico ya que se produce en ausencia de oxígeno; ello significa que el aceptor final de los electrones del NADH producido en la glucolisis no es el oxígeno, sino un compuesto orgánico que se reducirá para poder re oxidar el NADH a NAD+. El compuesto orgánico que se reduce (acetaldehído, piruvato, ...) es un derivado del sustrato que se ha oxidado anteriormente.

Desventajas.Desventajas.Desde el punto de vista energético, las fermentaciones son muy poco rentables si se comparan con la respiración aerobia, ya que a partir de una molécula de glucosa sólo se obtienen 2 moléculas de ATP, mientras que en la respiración se producen 36. Esto se debe a la oxidación del NADH, que en lugar de penetrar en la cadena respiratoria, cede sus electrones a compuestos orgánicos con poco poder oxidante.

Fermentación en los seres vivos.Fermentación en los seres vivos.

En los seres vivos, la fermentación es un proceso anaeróbico y en él no interviene la mitocondria ni la cadena respiratoria. Son propias de los microorganismos, como algunas bacterias y levaduras. También se produce la fermentación en la mayoría de las células de los animales (incluido el hombre), excepto en las neuronas que mueren rápidamente si no pueden realizar la respiración celular; algunas células, como los eritrocitos, carecen de mitocondrias y se ven obligadas a fermentar; el tejido muscular de los animales realiza la fermentación láctica cuando el aporte de oxígeno a las células musculares no es suficiente para el metabolismo aerobio y la contracción muscular.

Fermentación en la industria.Fermentación en la industria.En la industria la fermentación puede ser oxidativa, es decir, en presencia de oxígeno, pero es una oxidación aeróbica incompleta, como la producción de ácido acético a partir de etanol.Las fermentaciones pueden ser: naturales, cuando las condiciones ambientales permiten la interacción de los microorganismos y los sustratos orgánicos susceptibles; o artificiales, cuando el hombre propicia condiciones y el contacto referido.

Fermentación alcohólica.Fermentación alcohólica.

•La fermentación alcohólica (denominada también como fermentación del etanol o incluso fermentación etílica) es un proceso biológico de fermentación en plena ausencia de aire (oxígeno - O2), originado por la actividad de algunos microorganismos que procesan los hidratos de carbono (por regla general azúcares: como pueden ser por ejemplo la glucosa, la fructosa, la sacarosa, el almidón, etc.) para obtener como productos finales: un alcohol en forma de etanol (cuya fórmula química es: CH3-CH2-OH), dióxido de carbono (CO2) en forma de gas y unas moléculas de ATP que consumen los propios microorganismos en su metabolismo celular energético anaeróbico. El etanol resultante se emplea en la elaboración de algunas bebidas alcohólicas, tales como el vino, la cerveza, la sidra, el cava, etc.[1] Aunque en la actualidad se empieza a sintetizar también etanol mediante la fermentación a nivel industrial a gran escala para ser empleado como biocombustible.

http://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Ethanol_fermentation_es.svg

RespiraciónRespiraciónPor respiración generalmente se entiende al proceso fisiológico indispensable para la vida de organismos aeróbicos.Según los distintos hábitats, los distintos seres vivos aeróbicos han desarrollado diferentes sistemas de intercambio de gases: cutáneo, traqueal, branquial, pulmonar. Consiste en un intercambio gaseoso osmótico (o por difusión) con su medio ambiente en el que se capta oxígeno, necesario para la respiración celular, y se desecha dióxido de carbono, como subproducto del metabolismo energético..Plantas y animales, lo mismo que otros organismos de metabolismo equivalente, se relacionan a nivel macroecológico por la dinámica que existe entre respiración y fotosíntesis. En la respiración se emplean el oxígeno del aire, que a su vez es un producto de la fotosíntesis oxigénica, y se desecha dióxido de carbono; en la fotosíntesis se utiliza el dióxido de carbono y se produce el oxígeno, necesario luego para la respiración aeróbica. La reacción química global de la respiración es la siguiente:C6 H12 O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + energía (ATP)

La respiración aeróbica es realizada a nivel celular, por aquéllos organismos que pueden utilizar el oxígeno atmosférico en la combustión de moléculas como la glucosa, para la obtención de la energía que requieren las células. La energía que se obtiene de la respiración es "administrada" por una molécula conocida como ATP.

La respiración celular tiene lugar en tres etapas (glucólisis, ciclo de Krebs y cadena respiratoria), y se lleva a cabo con la intervención de una estructura celular especializada: la mitocondria.

El metabolismo aerobio (respiración) surgió en la evolución después que la fotosíntesis oxigénica, la forma más común de fotosíntesis, inundó la atmósfera de oxígeno, el cual había sido muy escaso hasta entonces. Representó inicialmente una forma de contrarrestar la toxicidad del oxígeno, más que una manera de aprovecharlo. Como la oxidación de la glucosa y otras sustancias libera mucha más energía que su utilización anaerobia

El antepasado común de los organismos eucariontes (con células nucleadas) adquirió la capacidad de realizar el metabolismo aerobio integrando (Véase también: endosimbiosis) a una bacteria aerobia como orgánulo permanente, la mitocondria.

Fotosíntesis: captura de energía Fotosíntesis: captura de energía

FOTOSÍNTESISFOTOSÍNTESIS• Los organismos fotosintéticos tiene la capacidad

única de absorber y convertir energía lumínica en energía química almacenada; utilizan energía lumínica para formar ATP y otras moléculas que temporalmente retienen energía química.

• Su energía impulsa la vía anabólica dónde una célula fotosintética sintetiza moléculas orgánicas estables a partir de CO2 y agua.

• Estos no solo se utilizan para sintetizar, también de almacenamiento de energía, se incluyen compuestos reducidos, como la glucosa y otros carbohidratos que pueden oxidarse después durante la respiración celular.

LA FOTOSINTESIS OCURRE EN LA FOTOSINTESIS OCURRE EN LOS CLOROPLASTOSLOS CLOROPLASTOS

Las clorofilas están limitas por pequeños organelos llamados cloroplastos, éstos se localizan en las células del mesófilo, tejido interior de la hoja que incluye de 20 a 100 cloroplastos.

Los cloroplastos están limitas por una membrana interna que envuelve los estromas, que contienen gran parte de las enzimas necesarias para la fotosíntesis,

rodea un tercer sistema de membranas, los tilacoides que se disponen a manera de pilas; todas éstas participan en la síntesis de trifosfato de adenosina (ATP).

Durante la fotosíntesis, una célula fotosintética utiliza energía lumínica capturada por la clorofila para impulsar la síntesis de carbohidratos, su reacción:

LUZ

6CO2+12H2O C6H12O6+6O2+6H2O

CLOROFILA Se expresa con agua en ambos lados debido a que en ésta es un

reactivo en algunas reacciones y un producto en otras, la forma resumida:

reducción

LUZ

6CO2+6H2O C6H12O6+6O2

CLOROFILA

oxidación

Esta reacción sugiere que se transfieren átomos de hidrógeno del agua al dióxido de carbono, para formar carbohidrato, de modo que es una reacción de óxido reducción; esta reacción es un tanto engañosa porque describe qué ocurre pero no cómo ocurre.

Las reacciones de la fotosíntesis se dividen en dos: fotodependientes y fijación de carbono.

LAS REACCIONES FOTODEPENDIENTES CONVIERTEN ENERGÍA LUMINICA EN ENERGÍA DE ENLACES QUÍMICOS.

La energía radiante del sol sirve para la síntesis de ATP y para la reducción de NADP, molécula aceptora de electrones, con la formación de NADPH. Esta energía luminosa es almacenada en forma temporal en estos dos compuestos, su reacción:

LUZ

12H2O+12NADP++18ADP+18Pi 6O2+12NADPH+18ATP

CLOROFILA

Las reacciones fotodependientes empiezan cuando la clorofila absorbe la luz, se organiza en unidades llamadas fotosistemas en la membrana tilacoidal, se denominan: fotosistemas I y II, a veces funcionan de manera independiente.

El sistema de transporte de electrones de la fotosíntesis está acoplado a la síntesis de ATP.

• El principal aceptor de electrones es parte de una cadena de transporte de electrones.

• El electrón aceptado por el aceptor principal pasa de un portador al siguiente en una serie de redox exergónicas, perdiendo parte de su energía en cada paso, parte de la energía se emplea para impulsar la síntesis de ATP. Dado que dicha síntesis está acoplada al transporte de electrones que han sido excitados por fotones, el proceso se denomina fotofosforilación.

• El mecanismo por el cual la fosforilación de ADP se acopla a la difusión a favor de un gradiente de protones, se denomina quimiósmosis.

• En la quimiósmosis los electrones pierden energía a medida que se transfieren a lo largo de la cadena de transporte que conecta los fotosistemas I y II.

• Cada molécula de fotólisis aporta dos protones al espacio interior tilacoidal, y la formación de una molécula de NADPH extrae un protón del estroma. Se libera ATP en este ultimo a medida que los protones se difunden.

• La quimiósmosis produce ATP y como el NADPH, se libera en el estroma, donde ambos son necesarios para la fijación de carbono.

LAS REACCIONES DE FIJACIÓN DE LAS REACCIONES DE FIJACIÓN DE CARBONO REQUIEREN ATP Y NADPHCARBONO REQUIEREN ATP Y NADPH

• Se utiliza el ATP y el NADPH para formar moléculas orgánicas a partir de dióxido de carbono, su reacción:

12NADPH+18ATP+6CO2 C6H12O6+12NADP+18ADP+18PI+6H2O

• Ocurre en el estroma a través de ciclo de Calvin.• Comienza cuando una molécula de CO2 reacciona con el bifosfato

de ribulosa, es catalizada por enzima carboxilasa de bifosfato de ribulosa. El producto intermediario inestable de 6 carbonos, se descompone en tres moléculas de 3 carbonos, el fosfoglicerato. El carbonato que originalmente era parte de la molécula de CO2 se ha “fijado” Dado que el compuesto inicial es un compuesto de 3 carbonos, el ciclo de Calvin también se conoce como vía C3. Debe fijarse un total de 6 carbonos para producir el equivalente a una molécula de glucosa. Al final de cada ciclo se regenera el material de partida, bifosfato de ribulosa.

Gracias a la energía y capacidad reductora de ATP y NADPH las moléculas de PGA se convierten en gliceraldehídos-3-fosfato. Por cada 6 carbonos que entran en el ciclo en forma de CO2 6 pueden salir como dos moléculas de PGAL, que serán usadas en la síntesis de carbohidratos; éstas moléculas son la mitad de una hexosa, o azúcar de seis carbonos. La reacción de dos moléculas PGAL es exergónica y puede llevar a la formación de glucosa o fructuosa.

Los insumos necesarios para las reacciones fotodependientes son seis moléculas de CO2 , fosfatos transferidos del ATP, y electrones del NADPH. Al final los 6 carbonos del CO2 pasan a formar parte de una molécula de hexosa.

Síntesis de proteínas o traducción del ADNSíntesis de proteínas o traducción del ADN La síntesis de proteínas o traducción del ADN es el proceso mediante el cual anabólicamente se forman las proteínas a partir de los nucleótidos. Es el paso siguiente a la transcripción del ADN a ARN. Como existen veinte aminoácidos diferentes y sólo hay cuatro nucleótidos en el ARN (Adenina, Uracilo, Citosina y Guanina),la colinearidad debe establecerse como mínimo entre cada aminoácido y tripletes de nucleótidos. Como hay sesenta y cuatro tripletes diferentes (combinación de cuatro elementos o nucleótidos tomados de tres en tres con repetición), es obvio que algunos aminoácidos deben tener correspondencia con varios tripletes diferentes. Los tripletes que codifican aminoácidos se denominan codones. La confirmación de esta hipótesis se debe a Nirenbert, Ochoa y Khorana.

Etapas:

a) Activación de los aminoácidos.

b) Traducción:

1.-Iniciación de la síntesis.

Es la primera etapa de la traducción o síntesis de proteínas. El ARN se une a la subunidad menor de los ribosomas. A éstos se asocia el aminoacil-ARNt, gracias a que el ARNt tiene en una de sus asas un triplete de nucleótidos denominado anticodón, que se asocia al primer triplete codón del ARNm según la complementariedad de las bases. A este grupo de moléculas se une la subunidad ribosómica mayor, formándose el complejo ribosomal o complejo activo. Todos estos procesos están catalizados por los llamados factores de iniciación (FI). El primer triplete o codón que se traduce es generalmente el AUG, que corresponde con el aminoácido metionina en eucariotas. En procariotas es la formilmetionina.

2.-Elongacion de cadena peptidica:

El complejo ribosomal posee dos sitios de unión o centros. El centro peptidil o centro P, donde se sitúa el primer aminoacil-ARNt y el centro aceptor de nuevos aminoacil-ARNt o centro A. El carboxilo terminal (-COOH) del aminoácido iniciado se une con el amino terminal (-NH2) del aminoácido siguiente mediante enlace peptídico. Esta unión es catalizada por la enzima peptidil transferasa. El centro P queda pues ocupado por un ARNt sin aminoácido. El ARNt sin aminoácido sale del ribosoma. Se produce la translocación ribosomal. El dipeptil-ARNt queda ahora en el centro P. Todo ello es catalizado por los factores de elongación (FE) y precisa GTP. Según la terminación del tercer codón, aparece el tercer aminoacil-ARNt y ocupa el centro A. Luego se forma el tripéptido en A y posteriormente el ribosoma realiza su segunda translocación. Estos pasos se pueden repetir múltiples veces, hasta cientos de veces, según el número de aminoácidos que contenga el polipéptido. La traslocación del ribosama implica el desplazamiento del ribosama a lo largo de ARNm en sentido 5'-> 3'.

3.-Terminacion de la síntesis:El final de la síntesis se presenta por llamados tripletes sin sentido, también denominados codones stop. Son tres: UAA, UAG y UGA. No existe ningún ARNt cuyo anticodón sea complementario de ellos y, por lo tanto, la biosíntesis del polipéptido se interrumpe. Indican que la cadena polipeptídica ya ha terminado. Este proceso viene regulado por los factores de liberación, de naturaleza proteica, que se sitúan en el sitio A y hacen que la peptidil transferasa separe, por hidrólisis, la cadena polipeptídica del ARNt. Un ARNm, si es lo suficientemente largo, puede ser leído o traducido, por varios ribosomas a la vez, uno detrás de otro. Al microscopio electrónico, se observa como un rosario de ribosomas, que se denomina polirribosoma o polisoma.

c) Asociación de varias cadenas polipeptídicas y a veces de grupos prostésicos para constituir las proteínas.La síntesis de proteínas o traducción tiene lugar en los ribosomas del citoplasma celular. Los aminoácidos son transportados por el ARN de transferencia (ARNt), específico para cada uno de ellos, y son llevados hasta el ARN mensajero (ARNm), donde se aparean el codón de éste y el anticodón del ARN de transferencia, por complementariedad de bases, y de ésta forma se sitúan en la posición que les corresponde.Una vez finalizada la síntesis de una proteína, el ARN mensajero queda libre y puede ser leído de nuevo. De hecho, es muy frecuente que antes de que finalice una proteína ya está comenzando otra, con lo cual, una misma molécula de ARN mensajero, está siendo utilizada por varios ribosomas simultáneamente.Activación de los aminoácidos Los aminoácidos en presencia de la enzima aminoacil-ARNt-sintetasa y de ATP son capaces de unirse a un ARN de transferencia específico y dan lugar a un aminoacil-ARNt, liberándose AMP, fosfato y quedando libre la enzima, que vuelve a actuar.