Calentamiento global

Fotosintesis Luz: La distribucion de los colores en el espectro esta determinado por la longitud de onda de cada uno de ellos. La luz visible es una pequena parte del espectro electromagnetico. Cuanto mas larga la longitud de onda de la luz visible tanto mas rojo el color. Asimismo las longitudes de onda corta estan en la zona violeta del espectro. Las longitudes de onda mas largas que las del rojo se denominan infrarrojas, aquellas mas cortas que el violeta, ultravioletas. Pigmento Un pigmento es cualquier sustancia que absorba la luz. El color del pigmento esta dado por la longitud de onda no absorbida (y por lo tanto reflejada).

Los pigmentos negros absorben todas las longitudes de onda que les llega. Los pigmentos blancos reflejan practicamente toda la energia que les llega. Los pigmentos tienen un espectro de absorcion caracteristico de cada uno de ellos. La clorofila, el pigmento verde comun a todas las celulas fotosinteticas, absorbe todas las longitudes de onda del espectro visible, excepto las de la percepcion global del verde, detectado por nuestros ojos. La clorofila es una molecula compleja que posee un atomo de magnesio en el centro, mantenido por un anillo de porfirinas.

Numerosas modificaciones de la clorofila

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se encuentran entre las plantas y otros organismos fotosinteticos (plantas, algunos protistas, proclorobacteria y cianobacterias). Los pigmentos accesorios que incluyen a la clorofila b (tambien c, d, y e en algas y protistas) y los carotenoides, como el beta caroteno y las xantofilas (carotenoides de color amarillo), absorben la energia no absorbida por la clorofila. La clorofila a (R = –CHO) absorbe sus energias de longitudes de onda correspondientes a los colores que van del violeta azulado al anaranjado-rojizo y rojo. Etapas o fases de la fotosintesis

En la etapa clara la luz que «golpea» a la clorofila excita a un electron a un nivel energetico superior. En una serie de reacciones la energia se convierte (a lo largo de un proceso de transporte de electrones) en ATP y NADPH. El agua se descompone en el proceso liberando oxigeno como producto secundario de la reaccion. El ATP y el NADPH se utilizan para fabricar los enlaces C-C en la etapa oscura. En la etapa oscura, el anhidrido carbonico de la atmosfera (o del agua en los organismos acuaticos) es capturado y modificado por la adicion de hidrogeno para formar carbohidratos. Recuerde que la formula general de los carbohidratos es [CH2O]n). La transformacion del anhidrido carbonico en un compuesto organico se conoce como fijacion del Carbono. La energia para ello proviene de la primera fase de la fotosintesis. Los sistemas vivientes no pueden utilizar directamente la energia de la luz, pero pueden a traves de una complicada serie de reacciones, convertirla en enlaces C-C y, esta energia puede ser luego liberada por la glicolisis y otros procesos metabolicos. Fotosistemas Los fotosistemas son los conjuntos de moleculas e clorofila y otros pigmentos empaquetados en los tilacoides. En el «corazon» del fotosistema se encuentra la clorofila que absorbe la luz para convertirse en una forma «activada». La energia contenida en esta clorofila activada se utiliza para hacer funcionar la maquinaria quimica de la cual depende gran parte de la vida. Muchos procariotas tienen un solo fotosistema el fotosistema II (si bien fue el primero en la evolucion, fue el segundo en descubrirse, de alli el II ). Los eucariotas usan el fotosistema II mas el fotosistema I.

El fotosistema I usa la clorofila a en una forma denominada P700. El Fotosistema II usa una forma de clorofila conocida como P680. Ambas formas «activas» de la clorofila a funcionan en la fotosintesis debido a su relacion con las proteinas de la membrana tilacoide. fotofosforilacion La fotofosforilacion es el proceso de conversion de la energia del electron excitado por la luz, en un enlace pirofosfato de una molecula de ADP. Esto ocurre cuando los electrones del agua son excitados por la luz en presencia de P680.

La transferencia de energia es similar al transporte quimiosmotico de electrones que ocurre en la mitocondria. La energia de la luz causa la eliminacion de un electron de una molecula de P680 que es parte del Fotosistema II, el electron es transferido a una molecula aceptadora (aceptor primario), y pasa luego cuesta abajo al Fotosistema I a traves de una cadena transportadora de electrones. La P680 requiere un electron que es tomado del agua rompiendola en iones H+ y iones O-2. Estos iones O-2 se combinan para formar O2 que se libera a la atmosfera.

La luz actua sobre la molecula de P700 del Fotosistema I, produciendo que un electron sea elevado a un potencial mas alto. Este electron es aceptado por un aceptor primario (diferente del asociado al Fotosistema II). El electron pasa nuevamente por una serie de reacciones redox, y finalmente se combina con NADP+ e H+ para formar NADPH, un portador de H necesario en la fase independiente de la luz. Electron del fotosistema II reemplaza al electron excitado de la molecula P700. Existe por lo tanto un continuo flujo de electrones desde el agua al NADPH, el cual es usado para la fijacion del carbono.

La fase luminosa aciclica se inicia con la llegada de fotones al fotosistema II. Excita a su pigmento diana P680 que pierde tantos electrones como fotones absorbe. Tras esta excitacion existe un paso continuo entre moleculas capaces de ganar y perder esos electrones. Pero para reponer los electrones que perdio el pigmento P680 se produce la hidrolisis de agua (fotolisis del agua), desprendiendo oxigeno. Este proceso se realiza en la cara interna de la membrana de los tilacoides.

Por ultimo, los electrones son introducidos en el interior del tilacoide por el citocromo b-f y crean una diferencia de potencial electroquimico (hipotesis quimiosmotica de Mitchell) a ambos lados de la membrana. Esto hace salir protones a traves de las ATP sintetasas con la consiguiente sintesis de ATP que se acumula en el estroma (fosforilacion del ADP). Por otro lado los fotones tambien inciden en el PSI; la clorofila P700 pierde dos electrones que son captados por aceptores sucesivos. Los electrones que la clorofila pierde son repuestos por la Plastocianina que lo recibe del citocromo b-f.

Al final los electrones pasan a la enzima NAD Preductasa y se forma NADPH (fotorreduccion del NADP). El flujo ciclico de electrones ocurre en algunos eucariotas y en bacterias fotosinteticas. No se produce NADPH, solo ATP. Esto tambien ocurre cuando la celula requiere ATP adicional, o cuando no hay NADP+ para reducirlo a NADPH. En el Fotosistema II, el «bombeo» de iones H dentro de los tilacoides y la conversion de ADP + P en ATP es motorizado por un gradiente de electrones establecido en la membrana tilacoidea.

Reacciones independientes dela luz Las reacciones que fijan carbono son tambien conocidas como reacciones «oscuras» o reacciones «independientes de la luz». El anhidrido carbonico penetra en los unicelulares y autotrofos acuaticos sin necesidad de estructuras especiales. Las plantas terrestres deben protegerse de la desecacion y han desarrollado aberturas especiales denominadas estomas que regulan la entrada y salida del gas por las hojas. A fines de la segunda guerra mundial, en los laboratorios de Berkeley (California), Melvin Calvin y sus olaboradores, usando Carbono-14 (del cual disponia en abundancia) y las, entonces nuevas, tecnicas de intercambio ionico, cromatografia en papel y radioautografia «mapearon» completamente el ciclo del Carbono en la fotosintesis, por estos trabajos resulto lauraedo con el premio Nobel en 1961, y el ciclo del carbono se conoce comunmente como ciclo de Calvin, o de Calvin-Benson. El Ciclo de Calvin (o de los tres carbonos) se desarrolla en estroma de los cloroplastos (? donde ocurrira en los procariotas? ). El anhidrido carbonico es fijado en la molecula ribulosa 1,5 bifosfato (RuBP).

La RuBP tiene 5 carbonos en su molecula. Seis moleculas de anhidrido carbonico entran en el Ciclo de Calvin y, eventualmente, producen una molecula de glucosa Fase oscura de la fotosintesis • En la fase biosintetica se usa la energia (ATP y NADPH), obtenidos en la fase luminosa para sintetizar materia organica a partir de inorganica. La fuente de carbono es el CO2, la fuente de nitrogeno son los nitratos y nitritos y la de azufre los sulfatos. • El proceso de sintesis de compuestos de carbono fue descubierta por Melvin Calvin y por ello se llama el ciclo de Calvin. CICLO DE CALVIN ETAPAS 1? Fase: Fijacion del CO2

La RuBisCO cataliza la reaccion entre la ribulosa bifosfato (una pentosa, es decir un monosacarido de 5C, RuBP) con el CO2, para crear 1 molecula de 6 carbonos, la cual al ser inestable termina por separarse en 2 moleculas que contienen 3 atomos de carbono cada una, el fosfoglicerato (PGA). La importancia de la RuBisCo queda indicada por el hecho de ser el enzima mas abundante en la naturaleza. 2? Fase: Reduccion Primero ocurre un proceso de activacion en el cual una molecula de ATP, proveniente de la fase fotoquimica, es usada para la fosforilacion del acido-3-fosfoglicerico (PGA), transformandolo en difosfoglicerato.

Esa transferencia de un enlace fosfato permite que una molecula de NADPH+H+ reduzca el PGA, mediante la accion de la enzima gliceraldehido-3-fosfato-deshidrogenasa, para formar gliceraldehido-3-fosfato (PGAL). Esta ultima molecula es una triosa-fosfato, un azucar de tipo aldosa con 3C, que es una molecula estable y con mayor energia libre (capaz de realizar mayor cantidad de trabajo) que las anteriores. Parte de PGAL se transforma en su isomero dihidroxiacetona-fosfato (cetosa de 3C).

Estas dos triosas-fosfato seran la base a partir de la cual se formen el resto de azucares (como la fructosa y glucosa), oligosacaridos (como la sacarosa o azucar de cana) y polisacaridos (como la celulosa o el almidon). Tambien, a partir de estos azucares, se formaran directa o indirectamente las cadenas de carbono que componen el resto de biomoleculas que constituyen los seres vivos (lipidos, proteinas, acidos nucleicos, etc. ). 3? Fase: Regeneracion El ciclo continua a lo largo de una serie de reacciones hasta formar ribulosa-5-fosfato, que mediante el consumo de otra molecula de ATP, regenera la ribulosa bisfosfato RuBP) original, dejandola disponible para que el ciclo se repita nuevamente. Por tanto, por cada vuelta del ciclo se incorpora una molecula de carbono fijado (CO2) a otra molecula preexistente de 5 atomos de carbono (ribulosa bisfosfato), el resultado final es la regeneracion de la molecula de 5 atomos de carbono y la incorporacion de un nuevo carbono en forma organica C(H2O). Para comprenderlo hay que tener en cuenta que el producto fundamental del ciclo de Calvin es el gliceraldehido-3-fosfato (de 3 atomos de carbono), molecula que sirve como base para la sintesis del resto de carbohidratos.

Tras 3 vueltas del ciclo, una nueva molecula de PGAL sale de este y puede ser posteriormente utilizada para la formacion de otras moleculas Energia y metabolismo Los sistemas vivos son abiertos y requieren energia para mantenerse • La energia es la capacidad de hacer trabajo. • Cinetico define la energia debido al movimiento • La energia cinetica realiza trabajo por pasar movimiento desde un sistema a otro. Tipos de energia Energia cinetica : es la que estasiendo utilizada para realizar Trabajo Energia potencial : energia almacenada que tiene capacidad de realizar trabajo debido a su organizacion o localizacion.

Termodinamica Describe los intercambios de energia en forma de calor que se llevan a cabo entre sistemas fisicos. – basa sus analisis en algunas leyes: * Primera Ley : el principio de conservacion de la energia * Segunda Ley o de entropia Primera Ley de la termodinamica o de la conservacion de la energia La cantidad de energia en el universo es constante. Por lo tanto la Energia puede ser transformada pero no creada ni destruida. CONCEPTOS: CALOR (Q): Es el intercambio de energia desde un cuerpo calido a uno frio, cuando ambos estan en contacto. TRABAJO (W): involucra el movimiento neto de la materia de un lugar a otro.

El aumento de la energia interna del sistema mas la cantidad de trabajo externo efectuado por el mismo equivale al calor o energia termica absorbida Segunda Ley de la termodinamica : En los sistemas abiertos, las transformaciones de la energia van acompanadas de un aumento del desorden o entropia. – La energia potencial de un sistema en el estado final siempre sera menor que en el estado inicial. Para referirnos al estudio de los procesos energeticos podemos establecer el siguiente marco conceptual 1) Las leyes de la termodinamica gobiernan las transformaciones de energia ) Las transformaciones energeticas de los seres vivos involucran reacciones del tipo EXERGONICAS Y ENDERGONICAS 3) El total de reacciones quimicas de una celula constituyen el metabolismo. 4) Las enzimas actuan como catalizadores biologicos. 5) El ATP es el principal transportador de electrones Las reacciones quimicas almacenan o liberan energia -ENDERGONICAS: Son reacciones que para que ocurran requieren un aporte de de energia. – EXERGONICAS: Son reacciones que al ocurrir liberan energia. SON LA BASE DEL METABOLISMO CELULAR CATABOLISMO: conjunto de reacciones por las que la celula degrada los nutrientes.

ANABOLISMO: reacciones mediante las que la celula sintetiza sus moleculas. El metabolismo celular – Practicamente toda la energia que se utiliza para mantener la vida en la tierra proviene del sol. Sin embargo, es claro que ningun ser vivo puede realizar directamente sus funciones con la energia luminosa. – Igualmente, aunque la glucosa es el combustible por excelencia de los seres vivos, tampoco es posible hacer que una fibra muscular se contraiga directamente agregando este azucar. – Entonces, fue necesario que los seres vivos desarrollaran procesos adecuados para obtener oleculas combustibles que si pueden ser utilizados por las diferentes piezas de la maquinaria celular. LAS ENZIMAS ACELERAN LAS REACCIONES QUIMICAS – Los reactivos deben absorber una energia de activacion (EA) para iniciar una Reaccion – Las enzimas NO agregan energia sino que disminuyen la EA aumentando la velocidad de una reaccion. Cada enzima cataliza una reaccion celular -Sitio Activo. Resulta del plegamiento de las Enzimas – Sustrato: sustancia reactivas sobre la cual actua la enzima La molecula de ATP: Adenosin-trifosfato -formada por la base nitrogenada adenina, el azucar de cinco carbonos ribosa y tres grupos fosfato. Los tres grupos fosfato estan unidos por dos enlaces covalentes que se rompen con facilidad, produciendo cada uno aproximadamente 7 kilocalorias de energia por mol. El ciclo del ATP – la moneda de la vida – Adenosin-trifosfato (ATP) -Es la principal moneda energetica de los organismos vivos – Participa en el acoplamiento de energia – Realiza trabajo: Quimico (dador de grupos fosfato), Osmotico (gradiente electroquimico resultante en la Bomba Na+- K+) -Mecanico (cambio conformacional de la Bomba Na+- K+) Mecanismos de fosforilacion (paso de ADP a ATP)

Quimiosmosis: basada en la actividad de la membrana mitocondrial (la cadena de transporte de electrones) y de la ATP sintetasa ante la formacion de un gradiente de concentracion de iones H+. – Fosforilacion a nivel del substrato: Una enzima quinasa transfiere un grupo fosfato desde una molecula organica (sustrato) a una molecula de ADP – Fosforilacion fotosintetica: Usa la energia solar para excitar moleculas (no carbonados) hasta un cierto nivel energetico. Tras ello, ciertos e- de las mismas son llevados a una cadena de transportadores y la caida en energia libre que tiene lugar es aprovechada para sintetizar ATP.

Respiracion celular Los animales obtienen energia de los alimentos que consumen • En esta Clase vamos a aprender como las celulas convierten la energia quimica de los alimentos en ATP, la molecula que ayuda ha hacer trabajo celular Flujo de energia en los ecosistemas • La energia entra al ecosistema como luz solar y sale como calor • Fotosintesis convierte CO2 y H2O en moleculas organicas • La mitocondria libera la energia de estos compuestos y produce ATP en el proceso de respiracion celular Respiracion celular • Parte del metabolismo • Catabolismo Libera energia almacenada en los alimentos y produce ATP • Ocurre en plantas, animales, etc • Necesita oxigeno (aerobico) • Es la oxidacion de los carbohidratos Respiracion celular se divide en: • Glucolisis – rompe la glucosa en dos moleculas de piruvato • Ciclo de Krebs o Ciclo de Acido Citrico – completa el rompimiento de glucosa • Cadena de transporte de electrones – es donde ocurre la mayor sintesis de ATP Ciclo de Krebs Toma los derivados de la glucolisis (2 MOLECULAS DE ACIDO PIRUVICO) y completa el rompimiento de la glucosa en moleculas de 1 Carbono Ocurre en las mitocondrias

Genera : 6 NADH + 2 FADH2 + 2 ATP + 4CO2. Cadena de trasporte de electrones Ocurre en las crestas mitocondriales • Es un mecanismo para pasar electrones de 1 molecula a otra. Algunos saltos generan suficiente energia para bombear H+ del interior de la membrana interna al exterior de la mitocondria. • Genera en un gradiente de H+. Los gradientes tienden a homogeneizarse y solo pueden volver a traves del tubo que hay en una proteina de transmembrana, la ATP sintetasa, donde se aprovecha la energia liberada por el gradiente de H+ para fabricar ATP a partir de ADP.