2.- Cloroplastos y fotosíntesis.
A) Durante el proceso fotosintético, coexisten un flujo cíclico y un flujo no cíclico de electrones. Exponga brevemente el sentido fisiológico de cada uno de ellos y cuáles son sus componentes principales.
Tanto la fase lumínica acíclica como la cíclica tienen la función de captar energía luminosa y conventirla en ATP que se utilizará en la fase oscura. La fase acíclica se realiza ya que la energía obtenida en la cíclica no es suficiente para llevar a cabo la fase luminosa.
Los componentes de la fase acíclica son los fotosistemas II y I, la plastocianina, ferredocina, ATP-sintetasa, NADP+ reductasa y el complejo de citocromos b-f.
Los componentes de la fase cíclica son la plastoquinona, ferredoxina, plastocianina, complejo de citocromos b-f, fotosistema I y ATP-sintetasa.
B) Existen algas procarióticas (cianobacterias) que carecen de cloroplastos y sin embargo realizan el proceso fotosintético de forma similar a como lo realizan las plantas superiores. ¿Cómo es posible?
Porque poseen tilaciodes en su citoplasma con los pigmentos fotosintéticos.
3.- Explique brevemente la finalidad que tienen los siguientes procesos:
- metabolismo: obtener materia y energía para llevar a cabo las tres funciones vitales.
- Respiración celular: obtener energía en forma de ATP, CO2 y H2O a partir de la oxidación de moléculas orgánicas.
- Anabolismo: sintetizar moléculas orgánicas complejas a partir de otras más sencillas utilizando ATP.
- Fotosíntesis: obtener materia orgánica y oxígeno a partir de inorgánica.
- Catabolismo: transformar moléculas orgánicas complejas en otras más sencillas liberando así energía en forma de ATP.
4.- Defina:
Fotosíntesis: proceso de conversión de la energía luminosa procedente del sol en energía química que queda almacenada en moléculas orgánicas.
fotofosforilación: proceso que ocurre en las ATP-sintetasas de la fase luminosa de la fotosíntesis. En ella se obtiene una molécula de agua y ATP mediante la adición de un fósforo inorgánico a un ADP.
fosforilación oxidativa: proceso que tiene lugar en las ATP-sintetasas de la cadena transportadora de electrones de la respiración celular. Los protones atraviesan la ATP-sintetasa y se obtiene ATP t agua gracias a la adición de un grupo fosfato a un ADP.
quimiosíntesis: síntesis de ATP a partir de la energía que se desprende en las reacciones de oxidación de determinadas sustancias inorgánicas.
5.- Anabolismo y catabolismo. Citar dos ejemplos de cada uno de estos procesos y en qué orgánulos celulares se producen.
La fotosíntesis es un proceso anabólico que tiene lugar en los cloroplastos de las células vegetales.
El anabolismo de los glúcidos tiene lugar en el citosol y en las mitocondrias
El catabolismo de los gúcidos y de los lípidos se lleva a cabo en el citosol y en las mitocondrias.
6.- Un proceso celular en eucariota genera ATP y NADPH (H) con producción de oxígeno por acción de la luz sobre los pigmentos. ¿De qué proceso se trata? ¿Para qué se utiliza el ATP y el NADPH formados? ¿Participan los cloroplastos (indicar brevemente cómo).
Se trata de la fase lumínica acíclica de la fotosíntesis. El ATP y NADPH formados se utilizará posteriormente en la fase oscura para sintetizar las moléculas orgánicas. Los cloroplastos sí intervienen ya que la fotosíntesis tiene lugar en ellos.
8.- De los siguientes grupos de organismos, ¿Cuáles llevan a cabo la respiración celular? ¿Cuáles realizan la fotosíntesis oxigénica?algas eucariotas, angiospermas, cianobacterias (cianofíceas), helechos y hongos.
Respiración celular: todos.
Fotosíntesis oxigénica: todos menos los hongos.
9.- Del orden de un 50 % de la fotosíntesis que se produce en el planeta es debida a la actividad de microorganismos. Indique en qué consiste el proceso de la fotosíntesis. ¿Cuáles son los sustratos necesarios y los productos finales resultantes?
La fotosíntesis es un proceso de conversión de energía luminosa procedente del sol en energía química que queda almacenada en moléculas orgánicas. Este proceso es posible gracias a unas moléculas especiales, los pigmentos fotosintéticos, que son capaces de captar la energía luminosa y utilizarla para activar alguno de sus electrones y transferirlos a otros átomos. La fotosíntesis consta de dos fases: fase lumínica y fase oscura. La fase luminosa ocurre en los tilacoides y en esta se capta la energía luminosa y se genera ATP y NADPH+H. La fase oscura tiene lugar en el estroma y se emplea los productos obtenidos en la fase luminosa para sintetizaer moléculas orgánicas.
10.- Describe la fase luminosa de la fotosíntesis y cuál es su aporte al proceso fotosintético global.
La fase luminosa de la fotosíntesis consta de dos fases: cíclica y acíclica. En la fase luminosa acíclica el fotosistema II recibe la luz excitándose así la clorofila P680 y cediendo dos electrones al primer aceptor de electrones. Este da dos electrones a la cadena de transporte electrónico y finalmente los cede a la clorofila P700 del fotosistema I. Además, este recibe la luz y su clorofila P700 cede dos electrones al primer aceptor y los transfiere a otra cadena de transporte electrónico. Luego, los cede al NADP+ que toma protones del estroma y se reduce para formar NADPH+H. Cada dos protones formará un ATP por lo que al tener 48 protones, obtendremos 16 ATP al romper 12 moléculas de agua.
Durante la fase luminosa cíclica inciden dos fotones en el fotosistema I, la clorofila P700 libera dos electrones al prmer aceptor y se inicia una cadena de transporte de electrones que impulsa dos protones desde el estroma al interior del tilaciode. La cadena de transporte electrónico transfiere los dos electrones a la clorofila P700 para reponer los electrones que ha perdido. Los electrones pasan por la ferredoxina y citocromo b hasta la plastoquinona la cual capta dos protones y se reduce. Después cede dos electrones al citocromo f que introduce dos protones en el interior del tilacoide. Estos dan lugar a ATP al pasar por la ATP-sinteteasa. Este proceso es necesario para obtener suficiente energía para llevar a cabo la fase oscura.
11.- ¿Qué es un organismo autótrofo quimiosintético?
Un organismo autrótofo quimiosintético es aquel que realiza la quimiosíntesis, proceso en el que se sintetiza ATP con la energía desprendida en reacciones de oxidaciñon de sustancias orgánicas.
14.- Fotosistemas: Conceptos de complejo antena y centro de reacción. Función y localización
Complejo antena: estructura que contiene pigmentos fotosintéticos (clorofila a,b y carotenoides) que captan energía luminosa, se excitan y transmiten la enerfía de unas moléculas a otras hasta que la ceden finalmente al centro de reacción.
Centro de reacción: en él hay un pigmento diana que alrecibir la energía captada por los anteriores pigmentos transfiere sus electrones a otra molécula denominada primer aceptor de electrones. Este los cederá a otra molécula externa. El pigmento diana puede iniciar una reacción redox y reponer los electrones perdidos a partir del primer dador de electrones.
15.- Compara:
a) quimiosíntesis y fotosíntesis
Ambos son procesos anabólicos en los que se sintetizan moléculas orgánicas complejas. La quimiosíntesis utiliza la energía desprendida en reacciones de oxidación de moléculas inorgánicas y la fotosíntesis utiliza la energía luminosa del sol.
b) fosforilación oxidativa y fotofosforilación
En las dos se obtiene ATP a partir de la adición de un fosfato inorgánico a un ADP. Sin embargo, la fotofosforilación tiene lugar en la fotosíntesis y la fosforilación oxidativa en la respiración celular.
16.- La vaca utiliza los aminoácidos de la hierba para sintetizar otras cosas, por ejemplo la albúmina de la leche (lactoalbúmina). Indica si este proceso será anabólico o catabólico. Razona la respuesta.
Es anabólico ya que a partir de moléculas sencillas (aminoácidos) obtiene otras más complejas (lactoalbúmina). Es un proceso de síntesis.
18.- ¿En qué lugar de la célula y de qué manera se puede generar ATP?
El ATP se puede generar por:
-Fosforilación a nivel de sustrato: formación de ATP gracias a la energía liberada de una biomolécula al romperse alguno de sus enlaces ricos en energía. Ocurre, por ejemplo, en la glucólisis y en el ciclo de Krebs.
-Reacción enzimática con ATP-sintetasas: en las crestas mitocondriales y en los tilacoides. Estas enzimas sintetizan ATP cuando un flujo de protones atraviesa el interior de ATP-sintetasas.
19.- Papel del acetil-CoA en el metabolismo. Posibles orígenes del acetil-CoA celular y posibles destinos metabólicos (anabolismo y catabolismo). Principales rutas metabólicas que conecta.
El acetil-coA se utiliza en el catabolismo y anabolismo de los lípidos y ciclo de Krebs. Este se origina cuando el acetato se une a una coenzima A. Además, puede conectar con el ciclo de Krebs, B-oxidación de los ácidos grasos, gluconeogénesis, biosíntesis de los ácidos grasos y síntesis de aminoácidos.
23.- ¿Qué molécula acepta el CO2 en la fotosíntesis? ¿Qué enzima cataliza esta reacción? ¿A qué moléculas da lugar?.
El CO2 entra al estroma donde se une a la ribulosa-1,5-difosfato gracias a la enzima rubisco y da lugar a un compuesto inestable de seis carbonos que se disocia en el ácido-3-fosfoglicérico que será redcido a gliceraldehído-3-fosfato.
24.- Indique cuál es el papel biológico del NAD, NADH + H. en el metabolismo celular. Escriba tres reacciones en las cuáles participe.
Son coenzimas de oxidación reducción que permiten obtener energía para realizar el metabolismo. Participa, por ehemplo,en el ciclo de Krebs, hélice de Lynen y fotosíntesis.
25.- Explique brevemente el esquema siguiente:
El esquema corresponde al ciclo de Calvin de la fase oscura de la fotosíntesis. El CO2 entra al estroma del cloroplasto y se une a la ribulosa-1,5-difosfato y da lugar a un compuesto inestable de seis carbonos que se disocia en dos ácido-3-fosfoglicérico. Luego, se utiliza el ATP y NADPH de la fase luminosa y el ácido-3-fosfoglicérico se reduce a gliceraldehído-3-fosfato. Este puede seguir tres vías: refeneración de la ribulosa-1,5-difosfato, síntesis de almidón, ácidos grasos y aminoácidos o síntesis de glucosa y fructosa.
26.- Bioenergética:
a) Defina los conceptos de: fosforilación a nivel del sustrato, fotofosforilación y fosforilación oxidativa. b) ¿En qué niveles celulares se produce cada uno de dichos mecanismos y por qué?
-Fosforilación a nivel de sustrato: formación de ATP gracias a la energía liberada de una biomolécula al romperse alguno de sus enlaces ricos en energía. Ocurre, por ejemplo, en la glucólisis y en el ciclo de Krebs.
-Fosforilación oxidativa: tiene lugar en las en las crestas mitocondriales. Estas enzimas sintetizan ATP cuando un flujo de protones atraviesa el interior de las ATP-sintetasas.
-Fotofosforilación: tiene lugar en los tilacoides de los cloroplastos. Estas enzimas sintetizan ATP cuando un flujo de protones atraviesa el interior de las ATP-sintetasas durante la fase luminosa cíclica.
28.- ¿Qué tipos y cuántas moléculas se
consumen y se liberan en cada una de las vueltas de la espiral de Lynen en la
B-oxidación de los ácidos grasos?.
En cada vuelta en la Hélice de Lynen se obtiene una molécula de FADH2 y de NADH + H+
que darán lugar a ATP en la cadena transportadora de electrones. Además, la Hélice de Lynen se repite hasta que el ácido graso se divide completamente de manera que en cada vuelta se produce un acetil-CoA.30.- ¿Cuál es la primera molécula común en las rutas catabólicas de los glúcidos y los lípidos? ¿Cuál es el destino final de dicha molécula en el metabolismo? molécula en el metabolismo?
La primera molécula común en las rutas catabólicas de los glúcidos y lípidos es la dihidroxiacetona-3-fosfato. El destino final es la síntesis de ATP en el ciclo de Krebs.
31.- Ciclo de Calvin: concepto, fases y rendimiento neto.
El Ciclo de Calvin es un proceso de la fase oscura de la fotosíntesis mediante el cual se sintetiza compuestos de carbono.
Consta de dos fases:
-Fijación del CO2: el dióxido de carbono se une a la ribulosa-1,5-difosfato gracias a la enzima rubisco y da lugar a un compuesto de seis carbonos que se disociará en dos ácido-3-fosfoglicérico.
-Reducción del CO2 fijado: mediante el consumo del ATP y del NADPH el ácido-2-fosfoglicérico es reducido a gliceraldehído-3-fosfato. Este puede seguir tres vías: refeneración de la ribulosa-1,5-difosfato, síntesis de almidón, ácidos grasos y aminoácidos o síntesis de glucosa y fructosa.
Por cada CO2 que se incorpora al ciclo de Calvin se requieren dos moéculas de NADPH y tres de ATP y se obtiene dos moléculas de ADP, un fósforo inorgánico y dos moléculas de NADP.
35.- La siguiente molécula representa el
acetil CoA: H3 C-CO-S-CoA.
a) ¿En qué rutas metabólicas se origina y en
cuáles se utiliza esta molécula?.
b) De los siguientes procesos metabólicos:
Glucogénesis, fosforilación oxidativa y Boxidación, indica: - Los productos
finales e iniciales. - Su ubicación intracelular.
c) Explica con un esquema cómo se puede
transformar un azúcar en una grasa ¿Pueden los animales realizar el proceso
inverso?
Se puede originar en la hélicde de Lynen, catabolismo de aminoácidos, mediante la unión del acetato y una coenzima-A y a partir del ácido cítrico en el anabolismo de los lípidos. Esta molécula se utiliza en el catabolismo y anabolismo de los lípidos y ciclo de Krebs.Gluconeogénesis:El producto inicial es el ácido pirúvico y el final la glucosa. Se ubicaen las mitocondrias y la matriz
Fosforilación oxidativa:Los productos iniciales son ADP + Pi y los finales ATP. Sucede en las crestas mitocondriales.
B-oxidación: Los productos iniciales son ácidos grasos, NAD+, FAD+ y los finales Acetil-Co-A, NADH + H+ y FADH2 y se produce en la matriz mitocondrial.
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| Fuente: creación propia |
El acetil-Co-A en los mamíferos no puede convertirse en piruvato y como consecuencia los mamíferos son incapaces de transformar lípidos en azúcares porque carecen de las enzimas necesarias.
36.- En el siguiente diagrama se esquematiza el interior celular y algunas transformaciones de moléculas que se producen en diferentes rutas metabólicas:
a) ¿Qué es el metabolismo?
Conjunto de reacciones químicas que se producen en el interior de las células y que conducen a la transformación de unas biomoléculas y otras con el fin de obtener materia y energía para llevar a cabo las funciones vitales.
¿Qué entiendes por anabolismo y catabolismo?
El anabolismo es la síntesis de moléculas orgánicas complejas a partir de otras más sencillas utilizando ATP.
El catabolismo es la transformación de m oléculas orgánicas complejas en otras más sencillas liberando ATP.
¿Cómo se relacionan el anabolismo y el catabolismo en el funcionamiento de las células?
Ambos son procesos metabólicos. La energía liberada en el catabolismo es utilizada en el anabolismo para sintetizar moléculas orgánicas que serán degradadas en en catabolismo.
¿Qué rutas distingues? (Cita sus nombres e indica, si existen, cuáles son los productos inicial y final de cada una de ellas).
-Glucólisis. El producto inicial es un polisacárido y el final el ácido pirúvico.
-Fermentación. El producto inicial es la glucosa y el producto final es el lactato, etanol, indol, hidrógeno, CO2...
-Ciclo de krebs. El producto inicial es el ácido oxalacético y los productos finales son tres NADH, un FADH2 y un GTP.
b) ¿Qué compartimentos celulares intervienen en el conjunto de las reacciones? (Indica el nombre de los compartimentos y la reacción que se produce en cada uno de ellos).
Mitocondrias: ciclo de Krebs, y fosforilación oxidativa
Citosol: glucólisis
40. Metabolismo celular:
-Define los conceptos de metabolismo, anabolismo y catabolismo.
Metabolismo: conjunto de reacciones químicas que se producen en el interior de las células y que conducen a la transformación de unas biomoléculas y otras con el fin de obtener materia y energía para llevar a cabo las funciones vitales.
Catabolismo: el catabolismo es la transformación de m oléculas orgánicas complejas en otras más sencillas liberando ATP.
Anabolismo:el anabolismo es la síntesis de moléculas orgánicas complejas a partir de otras más sencillas utilizando ATP.
-¿Son reversibles los procesos anabólicos y catabólicos? Razone la respuesta.
Los procesos sí son reversibles ya que las moléculas pueden formarse o degradarse, pero muchas vías de síntesis son distintas a las de degradación.
-El ciclo de Krebs es una encrucijada metabólica entre las rutas catabólicas y las rutas anabólicas ¿Por qué?
Porque el acetil-coA puede entrar al ciclo de Krebs y participar en la degradación de moléculas. Sin embargo, a partir de una molécula del ciclo de Krebs, como el ácido cítrico, se puede obtener acetil coA y construir así otras moléculas.
41. Quimiosíntesis: Concepto e importancia biológica.
La quimiosíntesis es la síntesis de ATP a partir de la energía que se desprende en las reacciones de oxidación de determinadas sustancias inorgánicas.
Muchos compuestos reducidos que utilizan las bacterias como el NH3 y el H2S son sustancias procedentes de la descomposición de la materia orgánica. Al oxidarlas, las transforman en sustancias minerales, NO3- y SO4-, que pueden ser absorbidas por las plantas. Así, estasbacteriaas cierran los ciclos biogeoqímicos posibilitando la vida en el planeta.
44. A) En la figura se indican esquemáticamente las actividades más importantes de un cloroplasto. Indique los elementos de la figura representados por los números 1 a 8.
1-CO2
2- Ribulosa-1,5-difosfato
3- ADP+P
4-ATP
5-NADPH
6-NDP+
7-H2O
8-O2
B) Indique mediante un esquema, qué nombre reciben las distintas estructuras del cloroplasto. ¿En cuál de esas estructuras tiene lugar el proceso por el que se forman los elementos 4 y 6 de la figura? ¿Dónde se produce el ciclo de Calvin?
El proceso por el que se forman los elementos 4 y 6 tiene lugar en el estroma, lugar donde también se produce el ciclo de Calvin.
C) ) Explique brevemente (no es necesario que utilice formulas) en qué consiste el ciclo de Calvin.
El Ciclo de Calvin es un proceso de la fase oscura de la fotosíntesis mediante el cual se sintetiza compuestos de carbono.
Consta de dos fases:
-Fijación del CO2: el dióxido de carbono se une a la ribulosa-1,5-difosfato gracias a la enzima rubisco y da lugar a un compuesto de seis carbonos que se disociará en dos ácido-3-fosfoglicérico.
-Reducción del CO2 fijado: mediante el consumo del ATP y del NADPH el ácido-2-fosfoglicérico es reducido a gliceraldehído-3-fosfato. Este puede seguir tres vías: refeneración de la ribulosa-1,5-difosfato, síntesis de almidón, ácidos grasos y aminoácidos o síntesis de glucosa y fructosa.
Por cada CO2 que se incorpora al ciclo de Calvin se requieren dos moéculas de NADPH y tres de ATP y se obtiene dos moléculas de ADP, un fósforo inorgánico y dos moléculas de NADP.
46. a) El Esquema representa un cloroplasto ¿Qué denominación reciben los elementos indicados por los números 1-7?
1-espacio intermembranoso
2-membrana interna
3-membrana externa
4-tilacoide del estroma
5-ADN plastidial
6-ribosoma
7-tilacoide de grana
b) En los cloroplastos, gracias a la luz, se producen ATP y NADPH. Indique esquemáticamente, como se desarrolla este proceso
El ATP y el NADPH se obtienen en la fase luminosa (16 ATP y 12 NADPH en la acíclica y 2ATP en la cíclica)
c) Las moléculas de ADN de los cloroplastos y las mitocondrias son mucho más pequeñas que las bacterias. ¿Contradice este hecho la hipótesis de la endosimbiosis sobre el origen de las células eucarióticas?
No, el aumento de tamaño del ADN es debido a la fusión del ADN de la bacteria y de la mitocondria.
47. El Esquema (misma figura de la página anterior) representa un cloroplasto ¿Qué denominación reciben los elementos indicados por los números 1-7?
1-espacio intermembranoso
2-membrana interna
3-membrana externa
4-tilacoide del estroma
5-ADN plastidial
6-ribosoma
7-tilacoide de grana
a) En el interior de este cloroplasto hay almidón. Explique, mediante un esquema, como se forma la glucosa que lo constituye.
La glucosa que los constituye se forma mediante la gluconeogénesis.
b) Indique tres similitudes entre cloroplastos y mitocondrias.
-Ambos son orgánulos transductores de energía.
-Ambos se encuentran en células eucariotas.
-Los dos poseen membrana externa, interna, ADN, espacio intermembranoso, ribosomas y enzimas.
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