Metabolismo, Respiración y Fotosíntesis (Presentación)

Metabolismo celular Prof. Angnerys Torrealba Energía y metaboli smo  Todos los seres vivos requieren energía para realizar los procesos vitales. Puede parecer obvio que las células necesiten energía para crecer y reproducirse. El Sol es la fuente final de casi toda la energía que sost...

Metabolismo celular Prof. Angnerys Torrealba Energía y metaboli smo  Todos los seres vivos requieren energía para realizar los procesos vitales. Puede parecer obvio que las células necesiten energía para crecer y reproducirse. El Sol es la fuente final de casi toda la energía que sostiene a la vida; esta energía radiante fluye del Sol como ondas electromagnéticas. Los organismos fotosintéticos convierten energía radiante en energía química en los enlaces de moléculas orgánicas. En la respiración celular, las moléculas orgánicas se degradan y su energía se convierte en formas de uso más inmediato. Según su criterio Qué actividades o funciones metabolicas realizan los seres vivos?  PROCESOS METABÓLICOS DE LOS SERES VIVOS En todos los seres vivos ocurren reacciones químicas y transformaciones esenciales para realizar los procesos vitales como nutrición, crecimiento y conversión de energía en formas útiles. Al conjunto de reacciones químicas que se producen en la célula para utilizar la materia incorporada y transformarla en materia viva propia o para proporcionar energía se llama Metabolismo. Esto ocurre porque el ser vivo recibe del medio externo materia bajo la forma de compuestos químicos distintos de los que lo constituyen y los cuales transforma en sustancias propias. Clasificación de los organismos de acuerdo al tipo de metabolismo a) En función del aceptor de electrones de la cadena respiratoria 1) Aerobios 2) Anaerobios b) En función de la fuente de carbono: b.1) Autótrofos. b.2) Heterótrofos  Autótrofo Son seres vivos que sintetizan su propio alimento. La mayoría de los autótrofos usan la energía del sol para sintetizar su alimento. Las plantas verdes, las algas y algunas bacterias son autótrofos que Los organismos autótrofos producen su masa celular y materia orgánica a partir del dióxido de carbono, que es inorgánico, como única fuente de carbono, usando la luz o sustancias químicas como fuente de energía. Ejemplo fotosíntesis y síntesis de glucógeno. Dentro de la nutrición autótrofa podemos distinguir dos tipos, según la fuente de energía utilizada: Fotosíntesis. La energía procede de la luz solar. Organismos fotosintetizadores: las plantas y algunas bacterias (bacterias verdes y púrpureas). Quimiosíntesis. La energía se obtiene de reacciones oxidativas exotérmicas. Organismos quimiosintéticos. Algunas bacterias (nitrificantes, sulfobacterias, ferrobacterias). Dentro de la nutrición heterótrofa podemos distinguir los siguientes modalidades:  Saprofitismo. Se alimentan de materia orgánica en descomposición.  Parasitismo. Obtienen su alimento a expensas de otro organismo.  Simbiosis. Obtención de beneficios mutuos de tipo nutritivo.  Biofagia. Se alimentan de seres vivos.  Necrofagia. Se alimentan de cadáveres o excrementos. Los heterótrofos obtienen la energía rompiendo las moléculas de los seres autótrofos que han comido. Incluso los animales carnívoros dependen de los seres autótrofos, porque la energía obtenida de sus presas procede en última instancia de los seres autótrofos que sus presas comieron. TRABAJO BIOLÓGICO Energía, uno de los conceptos más importantes en biología, puede comprenderse en el contexto de materia, que es todo lo que tiene masa y ocupa un espacio. La energía se define como la capacidad para hacer trabajo, que es cualquier cambio de estado o de movimiento de la materia.  Los organismos realizan conversiones entre energía potencial y energía cinética Cuando un arquero tensa un arco y dispara, la energía cinética, energía de movimiento es utilizada para efectuar este trabajo. La tensión resultante en el arco y en la cuerda representa la energía almacenada o potencial. La energía potencial es la capacidad para realizar trabajo como consecuencia de la posición o del estado. Cuando la cuerda es liberada, esta energía potencial se convierte en energía cinética en el movimiento del arco, que a su vez impulsa la flecha  La energía química, que es la energía potencial almacenada en los enlaces químicos, es de particular importancia para los organismos. En este ejemplo, la energía química de las moléculas alimenticias se convierte en energía cinética en las células musculares del arquero. La contracción de sus músculos, al igual que muchas de las actividades efectuadas por un organismo, es un ejemplo de energía mecánica, que realiza trabajo al mover la materia. Ejemplo Cuando usted ejerce tensión sobre un resorte y después lo suelta. ¿Cómo se relacionan estas acciones con el trabajo, la energía potencial y la energía cinética? LAS LEYES DE LA TERMODINÁMICA La termodinámica, el estudio de la energía y sus transformaciones, gobierna todas las actividades del universo, desde la vida y muerte de células hasta la vida y muerte de estrellas. En el contexto de la termodinámica, los científicos utilizan el término sistema para referirse al objeto bajo estudio, sea una célula, un organismo, o el planeta Tierra. Un sistema cerrado no intercambia energía con sus alrededores, mientras que un sistema abierto sí puede hacerlo. Los sistemas biológicos son sistemas abiertos  La energía total en el universo no cambia Primera ley de la termodinámica, la energía no se puede crear o destruir, aunque se puede transferir o convertir de una forma a otra, incluyendo las conversiones entre materia y energía La entropía del universo es creciente La segunda ley de la termodinámica establece que cuando la energía se convierte de una forma a otra, alguna energía utilizable, es decir, energía disponible para efectuar trabajo, se convierte en calor que se dispersa en los alrededores.  ENERGÍA Y METABOLISMO Las reacciones químicas que le permiten a un organismo realizar sus actividades, crecer, moverse, mantenerse y repararse a sí mismo; reproducirse; y responder a estímulos, constituyen su metabolismo. El metabolismo es la suma de todas las actividades químicas que ocurren en un organismo. El metabolismo de un organismo consiste en muchas series de reacciones químicas, o rutas metabólicas que se cruzan. El anabolismo y el catabolismo son las dos principales rutas del metabolismo. El anabolismo incluye las diversas rutas en las que se sintetizan moléculas complejas a partir de sustancias más simples, como la unión de aminoácidos para formar proteínas. El catabolismo incluye las rutas en las que grandes moléculas se dividen en moléculas más pequeñas, como en la degradación de almidón para formar monosacáridos.  La energía libre disminuye durante una reacción exergónica Una reacción exergónica libera energía y se dice que es una reacción espontánea o una “reacción cuesta abajo”, de alta energía libre a más baja. Como la energía libre total en su estado final es menor que la energía libre total en su estado inicial, entonces ∆G es un número negativo para reacciones exergónicas  La energía libre se incrementa durante una reacción endergónica Una reacción endergónica es una reacción en la que existe ganancia de energía libre. Como la energía libre de los productos es mayor que la energía libre de los reactivos, entonces ∆G tiene un valor positivo. Esta reacción no puede ocurrir aisladamente. Más bien, debe suceder de manera que la energía pueda ser obtenida de los alrededores.  Las Muchas reacciones metabólicas, como la síntesis de proteína, son anabólicas y células endergónicas. Ya que una reacción impulsan endergónica no puede ocurrir sin el ingreso reacciones de energía, entonces las reacciones endergónicas están acopladas a reacciones endergónica exergónicas. s En general, para cada reacción endergónica acoplándol que ocurre en una célula viva existe una as a reacción exergónica acoplada para reacciones impulsarla. Es frecuente que la reacción exergónica implique la degradación de ATP. exergónicas  ATP LA MONEDA ENERGÉTICA DE LA CÉLULA El ATP es un nucleótido que consiste en tres partes principales: adenina, una base orgánica que contiene nitrógeno; ribosa, un azúcar de cinco carbonos; y tres grupos fosfato, identificables como átomos de fósforo rodeados por átomos de oxígeno Trifosfato de adenosina El ATP cede energía mediante la transferencia de un grupo fosfato Cuando el fosfato terminal se elimina del ATP, la molécula restante es difosfato de adenosina (ADP). Si el grupo fosfato no se transfiere a otra molécula, se libera como fosfato inorgánico (Pi). Ésta es una reacción exergónica con un valor negativo de G relativamente grande. El ATP acopla reacciones exergónicas y endergónica Se ha analizado cómo la transferencia de un grupo fosfato del ATP hacia algún otro compuesto está ligada a reacciones endergónicas celulares. Inversamente, agregando un grupo fosfato al monofosfato de adenosina, o AMP (formando ADP), o al ADP (formando ATP) requiere acoplamiento a reacciones exergónicas en la célula. La célula mantiene una muy alta proporción de ATP a ADP El ATP se forma constantemente a partir del ADP y de fosfato inorgánico conforme los nutrientes se descomponen en la respiración celular o conforme la fotosíntesis atrapa la energía radiante de la luz solar. En cualquier momento, una célula común contiene más de 10 moléculas de ATP por cada molécula de ADP. TRANSFERENCIA DE ENERGÍA EN REACCIONES REDOX Usted ha visto que las células transfieren energía mediante la transferencia de un grupo fosfato del ATP. La energía también se transporta por transferencia de electrones, la oxidación es el proceso químico durante el que una sustancia pierde electrones, mientras que la reducción es el proceso complementario en donde una sustancia gana electrones. Las reacciones de oxidación y de reducción se conocen como reacciones redox porque ocurren simultáneamente. La sustancia que se oxida da energía liberando electrones, y la sustancia reducida recibe energía al ganar electrones. REDOX Respiración celular La degradación de la glucosa mediante el uso de oxígeno o alguna otra sustancia inorgánica, se conoce como respiración celular. La respiración celular que necesita oxígeno se llama respiración aeróbica. En la glucólisis, la glucosa produce dos piruvatos La palabra glucólisis proviene de las palabras griegas que significan “división o rompimiento de azúcar”, que se refiere al hecho de que el azúcar glucosa se metaboliza. La glucólisis no requiere oxígeno y ocurre bajo condiciones aeróbicas o anaeróbicas. Es la vía metabólica encargada de oxidar la glucosa y obtener energía para la célula. Ésta consiste de diez reacciones enzimáticas que convierten a la glucosa en dos moléculas de piruvato, la cual es capaz de seguir otras vías metabólicas y así continuar entregando energía al organismo. El ciclo de Krebs o del ácido cítrico es una ruta metabólica, es decir, una sucesión de reacciones químicas, donde es liberada energía almacenada a través de la oxidación del ácido pirúvico en acetil- CoenzimaA y su posterior se transformación en ácido cítrico.  Glucólis is Es la conversión de glucosa en dos moléculas de ácido pirúvico (compuesto de 3 carbonos). Se usan dos moléculas de ATP, pero se producen cuatro. El H, junto con electrones, se unen a una coenzima que se llama nicotín adenín dinucleótido (NAD+) y forma NADH. Ocurre en el citoplasma. Es anaeróbica. Glucólisis Libera solamente el 10% de la energía disponible en la glucosa. La energía restante se libera al romperse cada molécula de ácido pirúvico en agua y bióxido de carbono. El primer paso es la conversión del ácido pirúvico (3 C) en ácido acético (2 C); el cual está unido a la coenzima A (coA). Se produce una molécula de CO2 y NADH. Ciclo de Krebs El ciclo del ácido cítrico A continuación, el acetil-coA entra en una serie de reacciones conocidas como el ciclo del ácido cítrico, en el cual se completa la degradación de la glucosa. El acetil-coA se une al ácido oxaloacético (4C) y forma el ácido cítrico (6C). El ácido cítrico vuelve a convertirse en ácido oxaloacético. Se libera CO2, se genera NADH o FADH2 y se produce ATP. El ciclo empieza de nuevo.  La cadena de transporte de electrones En el ciclo del ácido cítrico se ha producido CO2, que se elimina, y una molécula de ATP. Sin embargo, la mayor parte de la energía de la glucosa la llevan el NADH y el FADH2, junto a los electrones asociados. Estos electrones sufren una serie de transferencias entre compuestos que son portadores de electrones, denominados cadena de transporte de electrones, y que se encuentran en las crestas de las mitocondrias. La cadena de transporte de electrones Uno de los portadores de electrones es una coenzima, los demás contienen hierro y se llaman citocromos. Cada portador está en un nivel de energía más bajo que el anterior, y la energía que se libera se usa para formar ATP. Esta cadena produce 32 moléculas de ATP por cada molécula de glucosa degradada, que más 2 ATP de la glucólisis y 2 ATP del ciclo del ácido cítrico, hay una ganancia neta de 36 ATP por cada glucosa que se degrada en CO2 y H2O. Respiración anaeróbica No todas las formas de respiración requieren oxígeno. Algunos organismos (bacterias) degradan su alimento por medio de la respiración anaeróbica. Aquí, el aceptor final de electrones es otra sustancia inorgánica diferente al oxígeno. Se produce menos ATP que en la respiración aeróbica.  FERMENTACIÓN Es la degradación de la glucosa y liberación de energía utilizando sustancias orgánicas como aceptores finales de electrones. Algunos organismos como las bacterias y las células musculares humanas, pueden producir energía mediante la fermentación. La primera parte de la fermentación es la glucólisis. La segunda parte difiere según el tipo de organismo. Fermentació n alcohólica Este tipo de fermentación produce alcohol etílico y CO2, a partir del ácido pirúvico. Es llevada a cabo por las células de levadura (hongo). La fermentación realizada por las levaduras hace que la masa del pan suba y esté preparada para hornearse. Fermentació n láctica Este tipo de fermentación convierte el ácido pirúvico en ácido láctico. Al igual que la alcohólica, es anaeróbica y tiene una ganancia neta de 2 ATP por cada glucosa degradada. Es importante en la producción de lácteos.  REACCIONES DEPENDIENTES DE LUZ  Fotosínte sis Energía usado para formar moléculas alimenticias de comida de alta energía (carbohídratos o azúcar). Estas moleculas de energía guardada están utilizadas por las plantas como fundo de energía para construir las moleculas necesarias para el crecimiento.  Fotosíntesis Luz Dióxido Carbono Oxígeno (CO2) (O2) Agua (H20) Carbohidratos y Azucares (C6H12O6) La clorofila atrapa la energía solar. Esto que los electrones de la clorofila se causa vuelvan muy energéticos. Estos electrones pasan a la membrana para la cadena transportadora de electrones. De esta manera otros electrones quedan disponibles para seguir captando energía la cual almacenan en forma de ATP. Se moléculas derompen agua para liberar O2.  REACCIONES DEPENDIENTES En DE las reacciones dependientes de luz, la energía radiante de la luz solar efectúa la fosforilación del ADP, produciendo LUZ ATP, y reduciendo el NADP+, para formar NADPH. Las reacciones dependientes de luz de la fotosíntesis inician cuando la clorofila a y (o) los pigmentos accesorios absorben luz. De acuerdo con el modelo actualmente aceptado, las clorofilas a y b y las moléculas de pigmento accesorio están organizadas con proteínas de unión a pigmentos en la membrana del tilacoide, en unidades llamadas complejos antena.  REACCIONES DEPENDIENTES DE LUZ Cada complejo antena absorbe energía luminosa y la transfiere al centro de reacción, que consiste en moléculas de clorofila y proteínas, incluyendo componentes de transferencia de electrones, que participan directamente en la fotosíntesis Centro de Reacción P700-P680 Dos tipos de unidades fotosintéticas, designadas como fotosistema I y fotosistema II, participan en la fotosíntesis. Sus centros de reacción son distinguibles porque están asociados con proteínas de tal manera que causan un ligero desplazamiento en sus espectros de absorción.  Centro de Reacción P700-P680 El centro de reacción del fotosistema I consiste en un par de moléculas de clorofila a con un pico de absorción en 700 nm, que se refiere como P700. El centro de reacción del fotosistema II está formado por un par de moléculas de clorofila a con un pico de absorción cercano a 680 nm, referido como P680.  Como en el fotosistema I, el fotosistema II se activa cuando una molécula de pigmento en un complejo antena absorbe un fotón de energía luminosa Fotón  El mecanismo mediante el cual la fosforilación de ADP se acopla a la difusión a favor del gradiente de protones se llama Quimiósmosis. El CO2 es absorbido y transformado por enzimas en el llamado Ciclo de Calvin, y se une a otros azúcares para finalmente formarse la molécula de glucosa en presencia de ATP. REACCIONES DE FIJACIÓN DE CARBONO  Las reacciones de ciclo pueden dividirse en tres fases: 1. Fijación del carbono 2. Reducción 3. Regeneración Recuerdas Cuantas vueltas se necesitan del ciclo de Calvin para crear G3P?  Cuantas vueltas se necesitan del ciclo de Calvin para crear G3P? Se necesitan tres vueltas del ciclo de Calvin para crear una molécula de G3P que pueda salir del ciclo para formar glucosa.  Qué aprendimos ! https://quizizz.com/join?gc=648568 Gracias por su atención