Biologia Sem 1

7/17/2019 Biologia Sem 1

http://slidepdf.com/reader/full/biologia-sem-1 1/9 11SAN MARCOS REGULAR 2014 – III BIOLOGÍA TEMA 1

SNII2BIO1

BIOLOGÍATEMA 1

FOTOSÍNTESIS

Y RESPIRACIÓN CELULAR

DESARROLLO DEL TEMA

I. EL METABOLISMO ES UNA CARACTE-RÍSTICA DE LOS SERES VIVOS

Se dene como el conjunto de reacciones bioquímicasintracelulares que ocurren en la célula con la nalidad detransformar la materia y energía de una forma a otra.

Las reacciones químicas cumplen diversas funciones,dependiendo de la naturaleza del organismo. Lasreacciones químicas consumen energía, la misma quese dene como la capacidad de realizar un trabajo,incluyendo la síntesis de moléculas, y la generación decalor y luz.

II. LA ENERGÍA ES LA CAPACIDAD DEPRODUCIR TRABAJOExisten dos tipos de energía: Energía Cinética y EnergíaPotencial. Ambos tipos de energía pueden existir demuchas formas.La Energía Cinética, o la energía de movimiento, incluyela luz (movimiento de fotones), el calor (movimiento demoléculas), la electricidad (movimiento de partículas concarga eléctrica) y el movimiento de objetos grandes.La energía potencial, o energía almacenada, comprendela energía química almacenada en los enlaces quemantienen unidos a los átomos en las moléculas.

Para entender como rigen el ujo de energía y las

interacciones con la materia, se requieren conocer doscosas.1. La cantidad de energía disponible.2. La utilidad de la energía.

Estos son los aspectos de las leyes de la termodinámica. La primera ley de termodinámica establece dentro de

cualquier sistema aislado, la energía no puede crearse odestruirse, aunque puede cambiar de forma; por ejemplode energía química a energía caloríca. En otras palabras,dentro de un sistema aislado la cantidad usual de energíapermanece constante. La primera ley recibe por lo tantoel nombre de Ley de la Conservación de la energía.

La segunda ley se relaciona con la utilidad de laenergía. Esta ley establece que cualquier cambio en

un sistema aislado ocasiona que la cantidad de energía

útil concentrada disminuya, en otras palabras, la energíasiempre se convierte de una forma útil en otra menos útil.

III. FLUJO DE ENERGÍA EN LAS REACCIO-NES QUÍMICAS

Una reacción química se inicia con un conjunto desustancias llamadas reactivos, y las convierten en otroconjunto, los productos. Todas las reacciones químicasse clasican en una de dos categorías: exergónicas yendergónicas.Una reacción es Exergónica (del griego “que liberaenergía”), si los reactivos tienen más energía que los

productos. Como consecuencia, la reacción libera energía. De manera que una reacción Exergónica puede

proporcionar energía suciente para realizar una reacciónque requiere energía, es decir una reacción Endergónica. Así, en el caso de la fotosíntesis, la reacción exergónicasucede en el sol y la reacción endergónica se lleva a caboen la planta.

El hecho de que la luz solar contiene más energía de lautilizada para realizar la fotosíntesis es un ejemplo de unaregla general de las reacciones acopladas. De acuerdo conla segunda ley de la termodinámica, no toda la energíaliberada por una reacción exergónica puede utilizarse pararealizar una reacción endergónica, cierta energía se pierdeen el medio en forma de calor y en el movimiento de lasmoléculas: Por lo tanto en las reacciones acopladas, lareacción exergónica siempre libera más energía que laconsumida para efectuar la reacción endergónica.

Los organismos vivos son los principales químicos queutilizan constantemente la energía liberada por lasreacciones exergónicas (como la del desdoblamientoquímico de los alimentos) para ejecutar reaccionesendergónicas (como la actividad cerebral, el movimientoo la síntesis de moléculas complejas). Las mitadesexergónica y endergónica de las reacciones acopladasfrecuentemente se realizan en lugares diferentes, así que

debe haber alguna forma de transferir la energía de lareacción exergónica a la endergónica. Dicha transferencia


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FOTOSÍNTESIS Y RESPIRACIÓN CELULAR

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se realiza por medio de moléculas portadoras de energía,de las cuales la más común es la adenosina trifosfato o ATP. Hasta aquí, hemos tratado a las reacciones químicascomo si siempre sucedieran en una dirección, sin embargoesto no es así, la mayoría de las reacciones químicas son

reversibles.

IV. CONTROL DEL METABOLISMO DE LASCÉLULAS

La reacciones químicas dentro de la célula están rígidaspor las mismas leyes termodinámicas que controlancualquier reacción. La bioquímica de las células estáadoptada de tres maneras:

1. Las células regulan las reacciones químicas medianteel uso de catalizadores proteicos llamados enzimas.

2. La células asocian reacciones haciendo que las reaccionesendergónicas que requieren energía se realicen con laenergía liberada por la reacciones exergónicas.

3. Las células sintetizan moléculas portadoras de energíaque capturan la energía de las reacciones exergónicasy la llevan a las reacciones endergónicas.

V. EL ATP EL PRINCIPAL PORTADOR DE ENERGÍA EN UNA CÉLULA A. Adenosin Trifosfato (ATP)

En los seres vivos, el ATP es la fuente inmediata deenergía (no sirve para su almacenamiento), estandoformada por una molécula de adenosina (adenina +ribosa) y tres grupos fosfato, unidos entre sí mediante2 enlaces de alta energía.El ATP se sintetizo utilizando le energía liberadadurante las reacciones catabólicas y su hidrólisis esuna reacción altamente exergónica catalizada por unaenzima llamada ATPasa.La estructura química del ATP se presenta como sigue:

VI. LOS PORTADORES DE ELECTRONESTAMBIÉN TRANSFIEREN ENERGÍA EN

EL INTERIOR DE LA CÉLULA A. Reacciones de óxido-reducción

Todas las reacciones químicas implican transferencias

de electrones, desde un dador hacia un aceptor,donde la molécula que los cede o pierde se oxida yla que los recibe o gana se reduce; dado que ambos

procesos ocurren simultáneamente, se les llamareacciones redox.Generalmente en las células, las moléculas se oxidanpor sustracción de átomos de hidrógeno con surespectivo electrón, proceso que se lleva a cabo

por acción de una enzima deshidrogenasa y lascoenzimas intervienen en el transporte de electrones,funcionando como aceptores en su forma oxidada(NAD+, FAD, NADP+ respectivamente) y comodadores en su forma reducida (NADH+ H+, FADH

2

NADPH + H+ respectivamente).

VII. ETAPAS DEL METABOLISMO A. Anabolismo

Es una etapa de síntesis que permite formar moléculascomplejas a partir de sustancias simples. Ejemplo:Fotosíntesis.

B. Catabolismo

Es una etapa de degradación en donde las moléculascomplejas se convierten en moléculas simples.Ejemplo: Respiración celular.

VIII. TIPOS DE METABOLISMO A. Metabolismo energético

Recordemos que la energía no se crea ni se destruyesolo se transforma y en el mundo biológico la energíaes obtenida a partir del sol por medio de la clorola dela célula vegetal y transformada en energía química

a través de la fotosíntesis mientras que la célulaanimal obtiene su energía oxidando a los compuestosorgánicos en especial a la molécula de glucosa pormedio de la respiración celular. En cualquiera de lasformas la energía obtenida es almacenada en granparte bajo la forma de ATP.

ATP + H2OE°

ADP + Pi E° = 7300 calorías

pI: fósforo inorgánico

B. Metabolismo plásticoRecordemos que la materia no se crea ni se destruyesolo se transforma y las células constantementeintercambian materiales con su entorno.La célula vegetal es autotróca es decir tiene lacapacidad de formar sus alimentos y de ellos consiguelas proteínas (alimentos plásticos) los cuales sonindispensables para renovación y reparación de lasestructuras biológicas mientras que la célula animalcomo la heterotróca las obtiene de su dieta.

IX. FOTOSÍNTESIS A. Defnición

Es un proceso anabólico intracelular realizado porlos organismos que poseen clorola por medio de




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la cual atrapan la energía luminosa y la transformanen energía sintetizando principalmente glucosa yalmidón a partir de sustancias simples como el aguay anhídrido carbónico.

B. Importancia del procesoLa importancia de la Fotosíntesis radica en dosaspectos:1. Producción de compuestos orgánicos2. Liberación de oxígeno.

C. Ecuación general

Todo el proceso de la fotosíntesis puede resumirse através de la siguiente ecuación química:

6CO2 + 12 H2OLuz

Clorola C6H12 + 6H2O+6O2

D. Localización de la fotosíntesis

La fotosíntesis es realizada en mayor grado por lashojas y tallos verdes a nivel de los cloroplastos delas células.

E. Fases de la fotosíntesis

La fotosíntesis comprende dos fases• Fase Luminosa: requiere de luz• Fase Oscura: no requiere de luz

a) Fase luminosa

Ocurre en los tilacoides del cloroplasto en presenciade la luz que es atrapada por los fotosistemas I y IILa llegada de los fotones de la luz desencadenanlos siguientes procesos:

1. Fotólisis del Agua (reacción de Hill):

H2OFOTÓN 2 H + ½ O2

2. Reducción del NADP:

NADP + 2H+ NADPH2

NADP: Nicotidamin-adenin-dinucleótido fosfato

3. Fotofosforilación oxidativa no ciclica y ciclica:

ADP + P ATP + H2O

En resumen la energía luminosa queda convertidaen energía química bajo la forma de ATP y NADPH2que serán usados en la siguiente fase.





I. DEFINICIÓN Son oxidaciones biológicas de los compuestos orgánicos,

principalmente de la molécula de glucosa que realiza lacélula con la nalidad de obtener, liberar y almacenarenergía bajo la forma de ATP.

II. TIPOS DE RESPIRACIÓN CELULAR: A. Respiración aeróbica

Es la oxidación total de la molécula de glucosa enpresencia de oxígeno molecular hasta la formaciónde dióxido de carbono (CO2), agua y energía, amenudo 36 ATP.Este proceso se inicia en el citosol del citoplasmapor medio de la glucolisis que genera 2 ATP comoganancia neta y termina en las mitocondrias a travésdel Ciclo de Krebs que produce 2 ATP (Un ATP 4encada vuelta) y la fosforilación oxidativa que dageneralmente 32 ATP.

B. Respiración anaeróbica

Es la oxidación parcial de la glucosa en ausenciade oxígeno molecular hasta la formación de ácidoláctico, etanol o algún otro intermediario orgánico yla obtención de 2 ATP de ganancia neta.Este proceso también se conoce con el nombre deFermentación.Entre los tipos de fermentación tenemos:

a) Fermentación Láctica:Es realizado por algunas bacterias; la célulamuscular cuando está en deuda de oxígeno yglóbulos rojos. Produce 2 moléculas de ácido

láctico y 2 ATP como ganancia neta a partir de unamolécula de glucosa.

b) Fermentación AlcohólicaSe lleva a cabo en las levaduras (hongosunicelulares) es la base de la producción de lacerveza, vino y otras bebidas alcohólicas. Ademásla producción de CO2 es aprovechado en laindustria panadera para hacer que la masa selevante . da lugar a 2 moléculas de alcohol etílicomás dos moléculas de dióxido de carbono y unaganancia neta de 2 ATP a partir de una molécula

de glucosa.En esta vía diferencia de la anterior en 2 pasosadicionales, cada piruvato se transforma en etanol;en el primero, el piruvato por una reacción dedescarboxilación se transforma en acetaldehídoliberándose una molécula de CO2.

2 Piruvato 2 Acetaldehído

2 CO2

En el segundo paso cada acetaldehído se reducea etanol de modo similar a la reacción vista en lafermentación láctica.

III. ETAPAS DE LA RESPIRACIÓN CELULARAERÓBICA

La respiración celular aeróbica comprende 3 etapas:

A. Glucolisis (via de embden-meyerhof)

Se realiza en el citosol del citoplasma por medio de

reacciones enzimáticas que requieren de 2 moléculasde ATP para oxidar a la glucosa hasta 2 moléculas

Esquema del Ciclo de Calvin o Fase Oscura de la FotosíntesisTABLA COMPARATIVA DE LAS FASES DE LA FOTOSÍNTESIS

Características Fase Lumínica Fase Oscura

1. Ubicación en las células de plantas. En las membranas tilacoides En el estroma

2. Materiales que se utilizan Energía lumínica, pigmentos CO2ATP, NADPH, Ribulosa difosfato.

3. Productos nales ATP, NADPH, O2 Carbohidratos, ADP + Pi, NADP+

4. Mecanismo utilizado La luz energiza a la clorola que envíaelectrones que son transportados en unacadena de aceptores

El CO2 se combina con la Ribulosabifosfato para formar dos compuestosde 3 caronos que finalmente formancarbohidratos.

RESPIRACIÓN CELULAR Y CICLO CELULAR(Respiración Celular)





de ácido pirúvico y cada una de ellas proporciona 2moléculas de ATP por lo tanto deduciendo el gasto laganancia neta es de 2 ATP.Este proceso se inicia con la fosforilación de la glucosaformándose una molécula de glucosa 6-fosfato la

cual se isomerisa a fructosa 6-fosfato y luego estamolécula es fosforilada convirtiéndose en fructosa1,6-difosfato, está se fragmenta en dos triosas fosfatoque se isomerisan a gliceraldehído 3-fosfato que luegode varias reacciones enzimáticas dan lugar a dosmoléculas de ácido pirúvico.En condiciones anaeróbicas el ácido pirúvico setransforma en ácido láctico el cual requiere de laenzima lactato deshidrogenasa y del NADH2.En condiciones aeróbicas cada molécula de ácidopirúvico ingresa a las mitocondrias en donde terminade ser oxidado a través del ciclo de Krebs y lafosforilación oxidativa.

que van a originar una nueva molécula de ácidooxalacetico, que a su vez acepta al segundo radicalacetil repitiéndose una vuelta del ciclo.En cada vuelta se genera un GTP (Guanosin-trifosfato)equivalente energético de un ATP. Además en el ciclo

completo se desprenden 6 moléculas de dióxido decarbono.

B. Ciclo de Krebs

También se le conoce como el ciclo del ácido citricoo de los ácidos tricarboxilicos.Previamente al llegar el ácido pirúvico a la matrizmitocondrial sufre reacciones de deshidrogenación ydescarboxilación dando lugar a un radical de 2 átomosde carbono denominado acetil que es aceptado porla coenzima A formándose una molécula de acetilcoenzima A, la cual incorpora el radical acetil al

ácido oxalacético formándose el ácido cítrico quea su vez sufre reacciones de descarboxilación ydeshidrogenación lo que da lugar a intermediarios

C. Fosforilación oxidativaSe realiza a nivel de las unidades respiratoriaslocalizadas en la membrana interna de la mitocondria.

Este proceso permite usualmente producir un total de32 ATP aprovechando la energía que se libera duranteel transporte de electrones que son movilizados hastael oxígeno molecular (último aceptor) el cual quedareducido y recibe los hidrógenos hasta la formaciónde agua metabólica.

En el transporte de electrones y de los hidrógenosinterviene las coenzimas NAD (Nicotidamin-adenin-dinuicleótido) y FAD (Flavio-adenin-dinucleótido)

a) El Transporte de electrones

Luego del ciclo de Krebs, las coenzimas reducidasNADH

2 y FADH

2 son oxidados por una serie de

sustancias llamadas citocromos localizados enlas crestas mitocondriales las cuales realizanreacciones de óxidoreducción. Entre estos tenemosa los citocromos b, c, a y a3.

El producto nal es la combinación del hidrógenocon el oxígeno molecular para formar aguametabólica.

En tres puntos de la actividad de la cadenarespiratoria se forma ATP a partir de ADP másfosfato inorgánico.





Cuando los lípidos son utilizados como fuente de energíay degradados a glicerol y 3 ácidos grasos, la moléculade glicerol se convierte en Fosfogliceraldehido en tantoque los ácidos grasos son escindidos y sus fraccionespasan a constituir moléculas de acetil Co A (metabolismointermedio de la glucólisis y la respiración celular),referente a las proteínas, el esqueleto carbonado de losaminoácidos, puede ser fraccionado, luego desaminado

GLUCOSA

2 piruvato

ATP2

2 acetil Co A

GTP2

Ciclode

Krebs

4CO2

2CO2

NADH2

NADH2

NADH6

FADH22 S I S T E M A D E T R A N S P O R T E D E E L E C T R O N

E S

4

6

18

4

ATP

ATP

ATP

ATP

M i t o c o n d r i a

C i t o s o l

ATP4 ATP

producción

+ ATP4

H2OO2

ATP36

RESUMEN DE LA PRODUCCIÓN TOTAL DE ATPs POR MOLÉCULA DE GLUCOSA DEGRADADA

(remoción de su grupo amino) e ingresar a la víametabólica de la respiración celular.

Es consecuencia, decir que las reacciones de síntesis oanabólicas dependen de las de degradación o catabólicas,es aceptable, puesto que el ATP que resulta de ellas esutilizada en la formación de moléculas y macromoléculas;a continuación se muestra, un esquema integral de lasprincipales vías metabólicas.





La molécula de glucosa (6C), es degradada a dosmoléculas de ácido láctico (3C) y simultáneamentehay una síntesis neta de 2 moléculas de ATP; lasreacciones involucradas se llevan a cabo en el citosoly cada una es catalizada por una enzima diferente.Esta vía es utilizada por algunos hongos, bacterias(ej. leche agria) y también ciertos casos por elhombre u otros animales, cuando el despliegue de suactividad, hace que en un determinado momento, lascélulas musculares ya no cuenten con la cantidad de

GLUCOSAC6

C6 - P

PGALC3 - P

PIRUVATO

glicerolC3

lactatoC3

acetil CoAC

2

ac. grasos(C2) n

LIPIDOS

Ciclode

Krebs

aminoácidosNH2 - CH - COOH | R

PROTEÍNAS

Glucógeno

Interrelación de las diferentes Vías metabólicas (glúcidos,lípidos y proteínas)

oxígeno suficiente para mantener la tasa de oxidaciónde piruvato en sus mitocondrias y consecuentemente,sustituyen la respiración aeróbica (vía usual dedegradación del piruvato) por la fermentación AcidoLáctica.

Cada piruvato ahora es transformado en dos moléculasde lactato en un paso adicional, en el que los electronesdel NADH + H+ (formados durante la glucólisis) sontransferidos a la molécula de piruvato, igualmente sesintetizarán 2 moléculas de ATP.

TABLA COMPARATIVA ENTRE LOS TIPOS DEFERMENTACIÓN Y LA RESPIRACIÓN CELULAR

Fermentación Láctica Respiración Celular Fermentación Alcohólica

• No requiere O2

• La glucosa se degrada hasta ÁcidoLáctico.

• Exergónica• Recupera poca energía química de

la glucosa• Ocurre en el citosol• Cada molécula de glucosa produce

netamente 2 ATP.

• Requiere O2

• Degrada el piruvato hasta CO2y H

2O.

• Exergónica• Recupera el 40% de la energía

química de la glucosa.• Ocurre en la mitocondria.• Cada molécula de piruvato produce

17 ATP

• No Requiere O2

• La glucosa se degrada hasta Etanol.• Exergónica• Recupera poca energía química de la

glucosa.• Se lleva a cabo en el citosol• Cada molécula de glucosa produce

netamente 2 ATP





AUTOEVALUACIÓN

SIMPLES1. Gas absorbido por los estomas, es fuente de carbono en

la fotosíntesis: A) Monóxido de carbonoB) GlucosaC) Dióxido de carbonoD) MetanoE) Oxígeno

2. Son elementos indispensables para la fotosíntesis,excepto: A) Agua B) CO2 C) Clorola

D) Luz E) Glucosa

3. Respecto a la glucólisis de una molécula de glucosa, laproposición incorrecta es: A) Se realiza en las mitocondriasB) Hay producción bruta de 4 ATPC) Produce 2 moléculas de piruvatoD) Se producen 2 NADH2

E) Participa la enzima hexoquinasa

4. Respecto a la fermentación, la proposición incorrecta es: A) Se extrae el CO2 del ácido pirúvico.

B) Se realiza en el citoplasmaC) Es un proceso aeróbicoD) Se forma acetaldehídoE) El hidrógeno del NADH2 se transere al acetaldehído

MÚLTIPLES

5. Son características de la fotosíntesis oxigénica:I. Presencia de bacterioclorolaII. El dador de electrones es el aguaIII. Presencia del pigmento clorolaIV. Hay liberación de azufre

V. Hay liberación de oxígeno A) I, III, IV B) II, III, VC) II, IV, V D) I, II, IIIE) I, II, IV

6. Para la formación de 2 moléculas de glucosa en lafotosíntesis, es correcto, excepto: A) 24 NADPH+H B) 36ATP C) 18 CO2

D) 24 H2O E) 4 PGAL

7. Con respecto a la respiración celular aeróbica, escriba la

verdad (V) o falsedad (F) de los siguientes enunciados:

( ) El ciclo de Krebs se lleva a cabo en la matrizmitocondrial.

( ) Transporte electrónico y fosforilación oxidativa:mitosol.

( ) La mayor producción de energía: fosforilaciónoxidativa.

( ) La coenzima B transporta al acetil hacia el ciclo deKrebs.

( ) NAD y FAD: transportan hidrógenos a la cadenarespiratoria.

A) VFVVV B) VVFVV C) VFVFFD) VVVFF E) VFVFV

8. En las reacciones nales de la respiración celular esnecesario el ________ porque este actúa como aceptornal de _____________.

A) NADH2 – el CO2

B) agua – O2

C) oxígeno – electronesD) ácido pirúvico – NADH2

E) etanol – electrones

SÍNTESIS

9. Completa: En la fotosíntesis se transforman sustancias ________ y energía _______, en sustancias ______ yenergía _______, respectivamente.

A) orgánicas - química - inorgánicas - luminosaB) inorgánicas - química - inorgánicas - luminosaC) orgánicas - luminosa - inorgánicas - químicaD) inorgánicas - luminosa - orgánicas - químicaE) químicas - luminosa - inorgánicas - orgánicas

10. La fermentación es un proceso de la respiración celularque realizan las células, en la que:r. No se emplea oxígenot. No se obtiene energíay. No interviene la mitocondriau. Se forma Acetil Co-A

A) r, u B) t, y C) y, uD) r, y E) t, u

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