Anabolismo y sus Rutas Metabólicas: Fotosíntesis y Quimiosíntesis
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Anabolismo
Anabolismo: Conjunto de procesos constructivos que suceden en una célula, en los que se produce la síntesis de moléculas complejas a partir de otras sencillas. Estos procesos necesitan energía.
Rutas Anabólicas en Heterótrofos
Anabolismo de los Glúcidos
- Gluconeogénesis: Ruta anabólica que pueden llevar a cabo todas las células, donde se sintetiza la glucosa a partir de compuestos orgánicos no glucídicos como ácido láctico, glicerol y aminoácidos. Tiene lugar en el citosol.
- Glucogenogénesis: Se sintetiza glucógeno a partir de la glucosa con el fin de almacenarla. Tiene lugar en el hígado y músculo esquelético.
- 1º etapa: Se activa la glucosa mediante el UTP y se forma UDP-glucosa.
- 2º etapa: Se añaden las moléculas de glucosa procedentes de la UDP-glucosa a la molécula de glucógeno en formación.
Anabolismo de los Lípidos (Triglicéridos)
El glicerol se obtiene por reducción de la dihidroxiacetona procedente de la glucólisis y de los ácidos grasos a partir de moléculas de acetilCoA que se unen mediante secuencias de 4 reacciones que se repiten cíclicamente. Se esterifican 3 moléculas de ácidos grasos con 1 de glicerol y se forma un triglicérido.
Anabolismo de las Proteínas
Síntesis del esqueleto carbonado por la glucólisis y el Ciclo de Krebs, luego se incorpora el grupo amino que se obtiene por transaminación de otros aminoácidos. La unión de estos aminoácidos da lugar a las proteínas.
Rutas Anabólicas en Autótrofos
- Organismos fotosintéticos: Utilizan la fotosíntesis captando la luz para constituir sus moléculas orgánicas (plantas, algas, bacterias).
- Quimiosintéticos: Utilizan rutas de quimiosíntesis donde transforman la materia inorgánica en orgánica, utilizando la energía liberada en reacciones químicas (bacterias del N, S y Fe).
Fotosíntesis
Fotosíntesis: Proceso de nutrición autótrofa por el que se forma materia orgánica por reducción de materia inorgánica, utilizando la energía luminosa.
Importancia en la Biosfera
- Síntesis de la materia orgánica que es la base del ecosistema.
- Energía almacenada en combustibles fósiles como carbón y petróleo.
- Liberación del O2 que favorece la respiración aerobia.
- Retirada de CO2 atmosférico.
Dador H2O y Aceptor CO2
El H2O es el dador de H para la reducción del CO2, lo que conduce a la rotura de la molécula y como consecuencia se desprende O2. Para obtener 1 molécula de glucosa: 12H2O + 6CO2 → C6H12O6 + 6O2 + 6H2O.
Otros dadores como H2S o ácido láctico, no liberan O2 (bacterias anoxigénicas).
Aceptores: El CO2 es el aceptor de la fotosíntesis, también pueden utilizar nitrato y sulfato.
Diferencias entre Transporte Cíclico y No Cíclico
| Transporte No Cíclico | Transporte Cíclico |
|---|---|
| 1º Participan el PS I y PS II. | 1º Funciona solo el PS I. |
| 2º Se desprende O2 durante la fotólisis del agua. | 2º No desprende O2 al no producirse la fotólisis. |
| 3º Los electrones son cedidos por el PS I y sirven para reducir una molécula de NADP+. | 3º No se produce NADPH, ya que los electrones procedentes del PS I son cedidos al citocromo b6f. |
| 4º Se produce ATP por la fotólisis del agua y translocación promovida por el complejo citocromo b6f. | 4º Se produce ATP por la translocación de H+ por el complejo citocromo b6f. |
Quimiosíntesis
Quimiosíntesis: Proceso anabólico autótrofo, donde se sintetizan compuestos orgánicos a partir de compuestos inorgánicos, utilizando las reacciones químicas como fuente de energía.
- 1ª fase: Se oxidan compuestos inorgánicos sencillos liberándose energía y electrones. La energía es utilizada para fosforilar el ADP y formar ATP y los electrones sirven para reducir NAD+.
- 2ª fase: Se utilizan ATP y NADH para reducir compuestos (CO2 y NO3-) y obtener compuestos orgánicos.
Fase Fotoquímica
1. Captación de la luz
Utilizan pigmentos que son moléculas capaces de absorber la energía de los fotones de la luz (clorofila a y b). Éstos están agrupados en la membrana del tilacoide, constituyendo fotosistemas que están compuestos por muchos pigmentos de moléculas antena y un centro de reacción, constituido por clorofila unida a una proteína específica. Fotosistemas PS I y II.
Cuando un fotón incide sobre un pigmento del fotosistema, hace pasar sus electrones a un nivel de energía superior. La energía de excitación se transmite desde el pigmento que absorbe la luz a menor longitud de onda hasta que la absorbe a mayor longitud. La clorofila absorbe a mayor longitud, una vez excitada vuelve a su estado inicial, cediendo un electrón a un aceptor de la cadena fotosintética.
Transporte No Cíclico
El transporte no cíclico de electrones permite utilizar la energía luminosa para producir ATP y NADPH, energía y poder reductor. En el PS II se separan cuatro electrones de una molécula de agua para llenar los huecos originados por la luz en las moléculas de clorofila del centro de reacción. La rotura del agua por efecto de la luz se denomina fotólisis del agua.
Balance: 2H2O + 2NADP+ → 2NADPH + 2H+ + O2
Transporte Cíclico
La reducción de una molécula de CO2 en la fase oscura requiere dos moléculas de NADPH y tres moléculas de ATP. Como consecuencia del flujo no cíclico de electrones se forma algo más de una molécula de ATP por cada par de electrones que va desde el H2O hasta el NADP para formar un NADPH. Este transporte permite utilizar la energía luminosa para producir ATP sin formar NADPH.
Fotofosforilación
Es un proceso de acumulación de energía libre que procede de reacciones de oxidación-reducción, rotura de enlaces y que acumula energía en forma de ATP. La formación de ATP dependiente de la luz está acoplada quimiosmóticamente al flujo de electrones. Durante el transporte de electrones entre el PS II y el PS I, los protones pasan desde el estroma hasta el interior del tilacoide; así se genera un gradiente electroquímico de protones que representa la fuerza protomotriz. La salida de H+ a través de la ATPasa genera energía que se utiliza para la síntesis de ATP.
Diferencias entre Fase Fotoquímica y Ciclo de Calvin
| Fase Fotoquímica | Ciclo de Calvin |
|---|---|
| 1º Localización en los tilacoides. | 1º Localización en el estroma. |
| 2º Pigmentos fotosintéticos captan la luz y la transforman en energía química. | 2º No depende de la luz, reducción de CO2 para obtener glucosa. |