Fotosíntesis y Respiración

Clase FLUJO DE
ENERGÍA:
Fotosíntesis y
Respiración
Propósito
•  Generar energía para realizar funciones
vitales.
•  Síntesis de moléculas biológicas.
CATABOLISMO
ANABOLISMO
Aporte
de energía
Requieren
energía
Procesos Anabólicos
Fotosíntesis
Propiedad de plantas,
algunas bacterias y protistas
Moléculas orgánicas más
complejas (GLUCOSA)
Fotosíntesis
Los seres vivos pueden
aprovechar la energía
solar transformándola en
alimento
Las moléculas orgánicas
ricas en energía
(carbohidratos) son
utilizados como fuente de
energía (alimento)
Autótrofos
Fotosintéticos
Heterótrofo
No fotosintéticos
Fotosíntesis
6 CO2 + 6 H2O → C6H12O6 + 6 O2
Dióxido de carbono + Agua
+
ENERGÍA SOLAR
Glucosa
+ Oxigeno
LUZ
La energía útil para la fotosíntesis es el espectro de luz visible
La luz solar
Es blanca
Irradiancia (Q, µmol.m-2.s-1) 0.20
0.15
0.10
0.05
0.00
400
500
600
Longitud de onda (nm) 700
Propiedades de las superficies:
Reflectancia, trasmitancia y absorbancia
Reflectancia
Absorbancia
Transmitancia
Absorbancia
Porque las plantas son verdes?
AGUA
1 Water evaporates
through stomata of
leaves
1 Water evaporates
through stomata of
leaves
Útil: LA COHESION DEL AGUA
2 Cohesion of water
molecules to one
another and adhesion
to xylem wall by
hydrogen bonds
2 Cohesion of water
creates a "water chain."
to one
2 Cohesion of water molecules
another and adhesion
to xylem wall by
molecules to one
hydrogen bonds
another and adhesion creates a "water chain."
to xylem wall by
hydrogen bonds
creates a "water chain."
Equivalente al
sistema sanguíneo
en animales
flow of water
flow of water
flow of water
1 Water evaporates
through stomata of
leaves
3 Water enters the
3 Water enters the
cylinder
vascular cylinder vascular
of root.
of root.
water molecules
water molecules
water molecules
CO2
La forma de obtener el carbón
APERTURA DE ESTOMAS
INGRESO DE CO2
Pigmentos vegetales:
Varios tipos de moléculas que absorben
luz de ≠ longitudes de onda, ubicados:
En cloroplastos à plantas, algas y
protistas (eucariotas)
En sistemas membranales à bacterias
púrpuras y verdes (procariotas)
Pigmentos vegetales:
Curtis, 2003
Pigmentos vegetales:
CLOROFILAS, CAROTENOIDES (carotenos y
xantófilas) Y FICOCIANINAS
Bacterioclorofila en Bacterias
Pigmentos vegetales:
Pigmentos vegetales:
CICLO DE DOS FASES
H20 FASE DEPENDIENTE DE LUZ TILACOIDE ADP + P / NADP+ GLUCOSA FASE INDEPENDIENTE DE LUZ ESTROMA O2 ATP / NADPH CO2
Reacciones dependientes de luz
pigmento
Sistema de
transporte
estroma
Fotosistema 2
Interior del tilakoide
Fotosistema 1
UTIL: La energía del foton
Los pigmentos: LUGAR PARA UTILIZAR LA ENERGIA DEL FOTON
Pigmentos y fotones
)
H20 FASE DEPENDIENTE DE LUZ TILACOIDE ADP + P / NADP+ GLUCOSA FASE INDEPENDIENTE DE LUZ ESTROMA O2 ATP / NADPH CO2 Reacciones independientes de luz
ADP
ATP
H+
Ciclo C3
o
Ciclo de Kalvin
CO2
glucosa
Ciclo de calvin
6 CO2 6 6 H2 O
12 RuBP C3 cycle PGA 12 12 6 6 12 12 G3P glucose 12 RESUMEN DE LA FOTOSINTESIS energy from
sunlight
O2
CO2
ATP
H2O
NADPH
Ciclo C3
ADP
H20
NADP+
chloroplast
glucose
FOTOSINTESIS
GLUCOSA
OXIGENO
Disponible para heterótrofos
FOTOSINTESIS
GLUCOSA
OXIGENO
RESPIRACION
Procesos Catabólicos
Respiración y
Fermentación
Respiración:
Intercambio de gases entre el individuo y el
medio
A nivel intracelular, a través de reacciones
químicas de oxido-reducción para liberar energía
Principal carbohidrato
Glucosa
Degradación
hasta Ac pirúvico
Usado en diferentes vías
Energía y Electrones a partir de
Glucosa
•  Tres procesos metabólicos son usados para
la transformación de la glucosa en energía:
–  Glicólisis
•  Glucosaè piruvato
•  Exergónico, no necesita O2, ~universal
–  Respiración celular
•  Piruvato è CO2 + H2O
•  Muy exergónico, aerobio
–  Fermentación
•  Piruvatoè otros compuestos (et, ac lactico)
•  Anaeróbica
•  La glicólisis es probablemente uno de los
procesos más conservados en la evolución!
Respiración celular
C6 H12 O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + energía (ATP)
Glucosa
+ Oxigeno
Dióxido de carbono + Agua + Energía
Respiración celular
§  Reacciones químicas al interior
celular que liberan energía, CO2 y
H2O, a partir de compuestos
presentes en las células.
Respiración anaeróbica
§  Realizado por células animales (músculos) y algunos
microorganismos (bacterias y levaduras) en ausencia de
O2 libre
§  Metabolismo del Ac. pirúvico
Fermentación
Láctica
Cls. Músculo
esquelético y en
algunas bacterias
Alcohólica
Levaduras.
industria vinícola
y cervecera
Figure 7.1 Energy for Life
Exergónico , no necesita O2,
~universal
Aerobic
CELLULAR RESPIRATION
•  Complete oxidation
•  Waste products: H2O, CO2
•  Net energy trapped: 32
Anaerobic
FERMENTATION
•  Incomplete oxidation
•  Waste products: Organic
compound (lactic acid or ethanol)
and CO2
• Net energy trapped: 2
Quién decide qué ruta??? O2 y
genes
Respiración
celular
Oxidación
completa
(CO2)
Oxidación
incompleta
(CO2+otros)
2 ATP
2 ADP
4 ADP
C C C C C C
C C C C C C
glucose
fructose
bisphosphate
4 ATP
2 C C C
2 C C C
G3P
Glucose activation
GLICÓLISIS
(EN RESUMEN!!!!!)
pyruvate
+
2 NAD
2 NADH
Energy harvest
Figure 7.8 Pyruvate Oxidation and the Citric Acid Cycle
(cytoplasm)
C C C C C C
glucose
2
Glycolysis
ATP
2 C C C
lactate
or
2 C C C
pyruvate
2 C C +2 C
Fermentation
ethanol CO2
C 2 CO2
Cellular respiration
C C
4 C CO2
2 acetyl CoA
Citric acid
cycle
2 ATP
electron
carriers
Electron
transport chain
H 2O
O2
(mitochondrion)
32 or 34 ATP
intermembrane
compartment
La Cadena de Respiración:
Electrones, Protones y Producción de ATP
LA FOSFORILACIÓN OXIDATIVA
•  Dos pasos:
–  Transporte de electrones
Los electrones ganados por NADH y
FADH pasan por proteínas de
membrana en la mitocondria è
energía para crear un gradiente
químico de protones
–  Quimioosmosis
Difusión de los protones libera energía
è ATP !!!!!!!!!!
Figure 7.11 The Oxidation of NADH + H+ (Part 1)
Outer
mitochondrial
membrane
Figure 7.13 A Chemiosmotic
Mechanism Produces ATP
Intermembrane
space (high
concentration
of H+)
NADH-Q
reductase
Inner
mitochondrial
membrane
Matrix of
mitochondrion
(low
concentration of
H+)
Cytochrome c
reductase
Ubiquinone
I
III
Cytochrome c
Cytochrome c
oxidase
IV
II
+) outand
+—and
Electrons
which
pump
(carried
protons
by (H
NADH
of the
FADH
matrix
the
glycolysis
intermembrane
the space.
citric
acid cycle “feed”the
the electron
Proton
pumping
creates
an imbalance
of
Hto
thus aand
charge
difference—between
2) from
carriers…
intermembrane
space and the matrix.
Figure 7.13 A Chemiosmotic Mechanism Produces ATP (Part 2)
Gradiente de
concentración y de carga
•  Reacciones Redox transfieren energía en forma de
electrones.
–  La ganancia de uno o más electrones o de átomos de hidrogeno es conocida como
reducción.
–  La pérdida de uno o más electrones o átomos de hidrógeno se llama oxidación.
Agente reductor (dona) Siempre que un material es
reducido, otro es oxidado.
Agente oxida1vo (recibe) •  La coenzima NAD (Nicotinamida
Adenina Dinucleótido) es un
transportador de electrones.
•  NAD puede estar:
–  Oxidado = NAD+
–  Reducido = NADH + H+
•  Reducción es endergónica:
–  NAD+ + 2H → NADH + H+
•  Oxidación es exergónica (-52.4 kcal/
mol):
–  NADH + H+ + ½ O2 → NAD+ + H2O
–  Necesario realizarla en varios pasos