Los seres vivos necesitan de un consumo constante de energía, que las células emplean en forma de energía química




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fecha de publicación03.11.2015
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RESPIRACION CELULAR 

Vea la animación: http://www.hsv.k12.al.us/schools/middle/wtms/student/cell_energy/respir.gif

Vea el video: http://www.youtube.com/watch?v=YECG3FMgnHs&feature=results_main&playnext=1&list=PL81361E26FC8EF964



  • Los seres vivos necesitan de un consumo constante de energía, que las células emplean en forma de energía química.

  • La respiración celular, proceso utilizado por la mayoría de las células animales y vegetales, es la degradación de biomoléculas (glucosa, lípidos, proteínas) para que se produzca la liberación de energía necesaria, y así el organismo pueda cumplir con sus funciones vitales.

  • Mediante la degradación dela glucosa (glucólisis) se forma ácido pirúvico. Este ácido se desdobla a dióxido de carbono y agua, generándose 36 moléculas de ATP.

  • La respiración celular es una parte del metabolismo, más precisamente del catabolismo, en la cual la energía presente en distintas biomoléculas es liberada de manera controlada. Durante la respiración, parte de esa energía es utilizada para sintetizar (fabricar) ATP, que a su vez es empleado en el mantenimiento y desarrollo del organismo (anabolismo).

  • La respiración celular es un proceso mediante el cual las células de los organismos oxidan nutrientes de los alimentos para que liberen energía. Como resultado, el carbono presente en dichos nutrientes queda oxidado, es decir, se transforma en dióxido de carbono que es eliminado por medio de la respiración a la atmósfera.

  • Para que se realice la respiración celular es fundamental la presencia de oxígeno (respiración aeróbica).

  • La respiración se efectúa durante las 24 horas.

  • En la respiración aeróbica, la degradación de glucosacomprende una serie de reacciones. 

Sin embargo, la ecuación química general se puede representar con la siguiente fórmula, inversa a la de la fotosíntesis:

 http://htmlimg1.scribdassets.com/4qr8yz8ps01ehz2/images/1-b35914f59f.png
 

 

http://faculty.clintoncc.suny.edu/faculty/michael.gregory/files/bio%20101/bio%20101%20lectures/cells/photosynthesis%20and%20cellular%20respiration.gif


  • La respiración celular se lleva a cabo dentro de las mitocondrias.

  • La respiración se divide en:

  • Glicólisis o glucólisis.

En la glicólisis, el azúcar de 6 carbonos (glucosa) es roto en dos moléculas de tres carbonos llamadas piruvato. Este cambio va acompañado de la ganancia neta de 2 moléculas de ATP y de 2 moléculas de NADH.

gilcólisis

http://www.biologia.edu.ar/introduccion/im_introdcc/3intro1.gif



  • Ciclo de Krebs o del Acido Cítrico.

El ciclo de Krebs se lleva acabo en la matriz de la mitocondria y genera un conglomerado de energía química (ATP, NADH y FADH2) de la oxidación del piruvato, el producto final de la glicólisis.

El Piruvato es transportado dentro de la mitocondria y pierde bióxido de carbono para formar la Acetil Coenzima A (Acetil CoA), una molécula de dos carbonos. Cuando la acetil CoA es oxidada a bióxido de carbono en el ciclo de Krebs, la energía química es liberada y capturada en forma de NADH, FADH2 y ATP.

ciclo de krebs

La


  • cadena de transporte de electrones.

Permite la liberación de una gran cantidad de energía química almacenada en el NAD+ reducido (NADH) y FAD reducido (FADH2). La energía liberada es capturada en la forma de un ATP (3 ATP por NADH y 2 ATP por FADH2).

NADH + H+ + 3 ADP + 3 Pi + 1/2 O2 http://www.maph49.galeon.com/respcel/eqarrow.gif NAD+ + H2O + 3 ATP

FADH2 + 2 ADP + 2 Pi + 1/2 O2 http://www.maph49.galeon.com/respcel/eqarrow.gif FAD+ + H2O + 2 ATP

La cadena de transporte de electrones (CTE) consiste de una serie de moléculas, mayormente proteínas, embedidas en la membrana interna de la mitocondria.



Vea este video: http://www.youtube.com/watch?v=UvXc4HeflEQ&feature=related

LA FOTOSÍNTESIS
Los organismos fotosintéticos utilizan pigmentos para captar la energía de la luz solar.

La luz posee ciertas propiedades y una de ellas es que es una energía radiante que viaja en onda. La distancia entre las crestas (el punto más alto de una onda) de dos ondas luminosas sucesivas se llama longitud de onda, medida en nanómetros, y se encuentra organizada en una especie de paquetitos llamada fotones. Solo la luz de 380 y 750 nanómetros sirve para la fotosíntesis. Mientras menor la longitud de onda, mayor es la frecuencia y por consecuencia mayor la energía, por lo que las longitudes de onda más largas poseen menor energía.
LINK: http://www.google.com.gt/imgres?q=cresta+de+una+onda+de+luz&um=1&hl=es&sa=N&biw=1366&bih=667&tbm=isch&tbnid=s_-ig7Js7-5N_M:&imgrefurl=http://curiosoperoinutil.com/2007/02/26/consultorio-cpi-velocidad-de-la-luz-i/&docid=5mbQ8szehV9-FM&imgurl=http://curiosoperoinutil.com/wp-content/uploads/2007/02/emspecsmall.jpg&w=340&h=455&ei=lO4_T-7HEYmXtwfu9qzBBQ&zoom=1&iact=hc&vpx=961&vpy=296&dur=4611&hovh=260&hovw=194&tx=74&ty=236&sig=108340997862108783445&page=1&tbnh=150&tbnw=110&start=0&ndsp=17&ved=0CH0QrQMwDwhttp://curiosoperoinutil.com/wp-content/uploads/2007/02/emspecsmall.jpg

La vía metabólica de la fotosíntesis permite a los organismos utilizar la energía solar para síntesis de moléculas.

Los pigmentos son los puentes moleculares entre la luz solar y la fotosíntesis. Un pigmento es una molécula orgánica que absorbe selectivamente longitudes de onda específicas de la luz.

La clorofila es el pigmento fotosintético más común en las plantas, la clorofila a absorbe la luz violeta y roja, de modo que tiene apariencia verde. Aunque la mayoría de los organismos fotosintéticos emplean una mezcla de pigmentos para la fotosíntesis.

Colectivamente, los pigmentos fotosintéticos absorben casi todas las longitudes de onda de la luz visible, como si fuera una antena de radio que capta diferentes estaciones. La parte del pigmento que atrapa la luz es el conjunto de átomos en los cuales hay enlaces simples alternados con enlaces dobles.

Los electrones de estos arreglos absorben fotones con facilidad, de modo que las moléculas de pigmento son similares a antenas especializadas en recibir la energía luminosa. El electrón excitado regresa rápidamente a un nivel energético más bajo emitiendo la energía adicional, las células fotosintéticas captan la energía emitida del electrón, a los pigmentos fotosintéticos, iniciando las reacciones de la fotosíntesis.

Los pigmentos fotosintéticos trabajan de manera conjunta para atrapar la luz de diferentes longitudes de onda.
La creencia de antes era que las plantas solo necesitaban de sustancias del suelo para crecer. En 1882 los químicos comprendieron que también era necesaria el agua, oxígeno y luz.

Experimento realizado para identificar colores de la luz



El botánico Theodor Engelmann diseño un experimento para probar la hipótesis de que el color de la luz afecta la fotosíntesis. Se sabía que la fotosíntesis libera oxígeno. Así que Engelmann uso la cantidad de oxigeno liberado por células fotosintéticas como medida del grado de fotosíntesis que realizaban.

Empleó un prisma para dividir un rayo de luz en los colores componentes y dirigió el espectro resultante a través de una sola tira del alga fotosintética, suspendida en una gota de agua. Aun no se había inventado equipo para percibir el oxígeno de modo que Engelmann uso baterías que requerían oxígeno para demostrar donde era más alta la concentración de oxígeno en el agua. Las bacterias se desplazaron por el agua y se reunieron principalmente donde caía la luz violeta o roja a través de la tira de alga, y Engelmann llego a la conclusión de que las células de alga iluminas por la luz de esos colores liberaban más oxígeno.
El espectro de absorción de Engelmann representa el espectro combinado de todos los pigmentos fotosintéticos en Chladophora. La combinación de pigmentos difiere según la especie.
EL cloroplasto es un organelo especializado en la fotosíntesis en las plantas y muchos protistas, tiene dos membranas externas y están llenos de una matriz semilíquida llamada estroma. Los estromas contienen ADN del cloroplasto y algunos ribosomas y la membrana tilacoides que es la más interna y tiene muchos pliegues, los cuales típicamente forma apilamientos de discos (tilacoides) llamados grana. La membrana también incluye fotosistemas, que son grupos de cientos de pigmentos y otras moléculas que funcionan como una unidad para iniciar las reacciones de la fotosíntesis.

La fotosíntesis es en realidad una seria de diversas reacciones que ocurren en dos etapas. En la primera etapa de reacciones dependientes de la luz, la energía luminosa se transforma en energía de enlaces químicos del ATP. Y las reacciones independientes de la luz, se emplea la energía suministrada por el ATP y NADPH formados en la primera etapa. Esta energía impulsa la síntesis de glucosa y otros carbohidratos a partir de dióxido de carbono y agua.
La primera etapa de la fotosíntesis es impulsada por la luz. Las reacciones en la primera etapa de la fotosíntesis transforman la energía luminosa en energía de enlaces químicos.
Captación de energía para la fotosíntesis

Un pigmento absorbe un fotón. La energía del fotón lleva uno de los electrones del pigmento a un nivel energético más alto. El electrón emite con rapidez la energía adicional y regresa a su estado no excitado.

Sin embargo, en la membrana tilacoides la energía de los electrones excitados se utiliza. Embebidos en esta membrana se encuentran millones de complejos que atrapan la luz. Estos conglomerados circulares de pigmentos fotosintéticos y proteínas atrapan la energía transmitiéndola a diversos sitios.

En el centro de cada fotosistema se encuentra un par especial de moléculas de clorofila a. El par del fotosistema II absorbe energía de longitud de onda de 680 nanómetros de modo que se llama P680. Cuando el fotosistema absorbe energía, los electrones se desprenden de ese par en particular.

El fotosistema II obtiene más electrones atrayéndolos de las moléculas de agua. El proceso por el cual una molécula se descompone en presencia de energía luminosa se lama fotólisis.
Captación de la energía de los electrones

La energía luminosa se transforma en energía química se transforma en energía química cuando el fotosistema dona electrones a una cadena de transferencia de electrones. La luz no participa en las reacciones químicas, químicas electrones sí. A través de una serie de reacciones redox, pasa de una molécula de transferencia. En cada reacción, los electrones liberan un poco de su energía adicional.

Las moléculas de la cadena de transferencia de electrones emplean la energía liberada para desplazar iones hasta la grana. Así, el flujo de electrones mantiene un gradiente de iones hidrógeno a través de la membrana tilacoides.

Este gradiente impulsa a los iones hidrógeno del compartimiento tilacoides a difundirse de regreso al estroma.

Captación de electrones. Después de que los electrones del fotosistema II se desplazan a través de una cadena de transferencia de electrones, son aceptados por el fotosistema I. El fotosistema absorbe energía, y los electrones se desprenden de su par de clorofilas. Después los electrones entran a una segunda cadena de transferencia de electrones distinta.

El ATP continúa formándose siempre que continúe el flujo de electrones por cadenas de transferencia en la membrana tilacoide, cuando NADPH no se utiliza, se acumula en el estroma, y esa acumulación provoca que la vía no cíclica s haga más lenta o se detenga.
La vía cíclica incluye el fotosistema I y una cadena de transferencia de electrones que lleva a los electrones regresa a él.

El gradiente de iones hidrógeno resultante impulsa la formación de ATP, del mismo modo que en la vía cíclica, Sin embargo, no se forma NADPH porque los electrones al final de esta cadena son aceptados por el fotosistema I. Tampoco se forma oxígeno (O2), porque el fotosistema I no realiza fotólisis para obtener más electrones.

Flujo de energía de la fotosíntesis

La fotofosforilación cíclica y no cíclica son reacciones fotosintéticas impulsadas por la luz en la cual el fosfato se une con una molécula. La vía cíclica produce solamente ATP y recicla los electrones perdidos en el fotosistema I. No se forma NADPH.

En ambas vías, los electrones que influyen por las cadenas de transferencia de electrones provocan acumulación de H+ en el compartimiento tilacoide, y forman un gradiente de iones hidrogeno a través de la membrana tilacoide H+ y fluye de regreso a través de la membrana por medio de las ATP sintaxis. Este flujo da lugar a la formación de ATP en el estroma.

Reacciones dependientes de la luz: síntesis de azúcar

Las reacciones mediadas enzimáticamente el ciclo de Calvin-Benson dan lugar a la síntesis de azucares en el estroma de los cloroplastos, usando la energía de los enlaces de ATP.

la fijación de carbono ocurre en reacciones independientes de la luz. La enzima RUBISCO une un carbono de CO2 con RuBP para iniciar el ciclo básico de Calvin. Benson, en el cual emplea la energía ATP, carbono, oxígeno del CO2 y el hidrógeno sumado a electrones de NADPH para la sintetizar glucosa.

Adaptaciones: diferentes rutas para fijación de carbono

Las plantas C3 utilizan únicamente el ciclo de Calvin-Benson para fijar el carbono.

Los entornos difieren y también los detalles de producción de azúcar en reacciones independientes de la luz. En días secos, las plantas conservan el agua cerrando sus estomas, pero el O2 de la fotosíntesis no puede escapar. En las plantas C3 en días secos, los estromas se cierran y el oxígeno se acumula a alta concentración dentro de las hojas. Este exceso provoca que la RUBISCO una oxígeno en vez de carbono con RuBP. Las células pierden carbono y energía al sintetizar azúcares.

Las plantas C4 son las que como primer intermediario forma oxaloacetato de cuatro carbonos. El oxígeno se acumula dentro de las hojas cuando las células del estroma se cierran durante la fotosíntesis. Una vía adicional en estas plantas mantiene la concentración de CO2 suficientemente alta para evitar que la RUBISCO emplee la fotorrespiración.

Las plantas CAM utilizan un ciclo C4 además del ciclo de Calvin-Benson, pero en momentos diferentes. Las plantas abren sus estromas y fijan carbono usando una vía C4 por las noches. Cuando las estromas están cerradas durante el día, los compuestos orgánicos sintetizados por la noche se transforman en CO2 que entra al ciclo de Calvin-Benson.
La fotosíntesis y la atmosfera

Los autótrofos sintetizan sus propios alimentos empleando energía que obtienen directamente del entorno y carbono de fuentes inorgánicas como CO2. Los heterótrofos obtienen energía y carbono de moléculas que otros organismos ya han sintetizado.

En la atmosfera temprana había poco oxigeno libre, y los quimio autótrofos eran comunes pero al evolucionar la vía no cíclica de la fotosíntesis reacciono con los metales, formando radicales tóxicos, por lo cual evolucionaron nuevas vías de para detoxificar el oxígeno y una de ellas fue la respiración aeróbica.

Una preocupación muy fuerte

Los átomos de carbono del ser humano y los de la mayoría de los organismos proviene del dióxido de carbono. La cantidad de CO2 que es reiterado por fotosíntesis de la atmosfera es aproximadamente la misma que la que los organismos liberan luego de la actividad metabólica nuevamente hacia ella.

La actividad humana ha alterado el equilibrio del ciclo atmosférico del carbono en la Tierra. Está agregando mucho más CO2 a la atmosfera del que los organismos fotosintéticos pueden retirar de ella, ya que libera miles de toneladas de CO2 en quema de combustibles fósiles.

El CO2 contribuye al calentamiento global que revela el aumento del CO2 en la atmosfera, por lo que la Tierra es ahora más caliente. Dichos cambios han comprobado ser dañinos para las plantas y otros organismos fotosintéticos.

http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/2bachillerato/fisiologia_celular/imagenes/fotofosforilacion_no_ciclic.gifhttp://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/2bachillerato/fisiologia_celular/imagenes/fosforilacion_ciclica.gif

http://www.botanica.cnba.uba.ar/pakete/3er/fotosintesiss/fotosintesis_archivos/image004.gif




Metabolismo /respiración celular y fotosíntesis

Andrea Alejandra Paz Valdez - 12012

Susana María Ponciano Vásquez - 12171

Emma Verónica Abac Suchi - 12383

Venus Esmeralda Ceballos Urruela - 12088

Abigail María Xutuc Monroy – 12342

Luisa Granados – 12693

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