1.- ¿Cómo y cuándo tiene lugar la descomposición del agua en el proceso de fotosíntesis? ¿Cuáles son sus consecuencias?
Se produce en la fase luminosa acíclica de la fotosíntesis, más concretamente en el fotosistema II. Cuando la clorofila P680 recibe los fotones provenientes del sol, excitándose y dando lugar a dos electrones. Para recuperar estos electrones, se produce la fotólisis o descomposición del agua, y a continuación los electrones se dirigen a una cadena de transporte de electrones que acabarán produciendo NADPH. De esta forma, por cada dos electrones entran 4 protones al tilacoide, y como resultado se produce una diferencia de potencial electroquímico, y los protones atraviesan el ATP-sintetasa, produciendo ATP.
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.
En la fase acíclica se obtiene ATP y NADPH, pero en la cíclica no se libera oxígeno por la fotólisis del agua ni se obtiene NADPH, sino que el objetivo principal es generar el ATP necesario para llevar a cabo la fase oscura. En la fase acíclica se obtienen 16 ATP, y en la cíclica 2 ATP. 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?
Es posible debido a que poseen tilacoides en el citoplasma, con pigmentos fotosintéticos.
3.- Explique brevemente la finalidad que tienen los siguientes procesos: - metabolismo Obtener matería y energía para llevar a cabo las diferentes funciones vitales del organismo.
- Respiración celular Obtener energía (ATP), CO2 y H2O - Anabolismo Generar moléculas orgánicas complejas a partir de moléculas inorgánicas sencillas.
- Fotosíntesis Obtener materia orgánica y oxígeno a partir de materia inorgánica. - Catabolismo Obtener ATP y generar moléculas sencillas a partir de moléculas complejas.
4.- Defina: Fotosíntesis, fotofosforilación, fosforilación oxidativa y quimiosíntesis.
La fotosíntesis Es el proceso por el cual la energía luminosa que proviene del sol es captada por algunos organismos, gracias a los pigmentos que poseen, y son capaces de transformarla en energía química y almacenarla en moléculas orgánicas. La realizan las plantas, algas, cianobacterias y bacterias fotosintéticas.
La fotofosforilación es un proceso que se lleva a cabo en la fase luminosa de la fotosíntesis. Consiste en obtener ATP a partir de los protones que atraviesan la ATP-sintetasa.
La fosforilación oxidativa es un proceso que se da en la respiración celular, durante la cadena transportadora de electrones, cuando los protones atraviesan el ATP-sintetasa para producir ATP.
La quimiosíntesis es un proceso del anabolismo que consiste en la obtención de ATP a partir de la energía proveniente de reacciones químicas.
5.- Anabolismo y catabolismo. Citar dos ejemplos de cada uno de estos procesos y en qué orgánulos celulares se producen.
En el anabolismo tiene lugar la fotosíntesis y la quimiosíntesis. La fotosíntesis tiene lugar en los cloroplastos de las células vegetales ( en las cianobacterias se da en el citoplasma y en las bacterias en los clorosomas). La quimiosíntesis se lleva a cabo en el interior de algunas bacterias.
Ejemplo del catabolismo son la respiración celular y la fermentación. La primera se produce en las mitocondrias y el citosol, y la segunda en el citosol.
6.- Un proceso celular en eucariota genera ATP y NADPH (H) con producción de oxí- geno 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 luminosa acíclica de la fotosíntesis. El NADPH se utiliza para formar ATP, y el ATP resultante, junto con el obtenido en la fase cíclica se utiliza para llevar a cabo la fase oscura y formar móleculas orgánicas. Los cloroplastos sí que intervienen, ya que en sus tilacoides tiene lugar la fotosintesis.
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;: algas eucariotas, angiospermas, cianobacterias, helechos y hongos.
Fotosíntesis oxigénica: algas eucariotas, angiospermas, cianobacterias y helechos.
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 consiste en generar materia orgánica a partir de energía proveniente del sol y materia inorgánica. De esta forma los sustratos necesarios son agua, materia inorgánica y energía luminosa (fotones), y los productos que se obtienen son oxígeno y materia orgánica.
10.- Describe la fase luminosa de la fotosíntesis y cuál es su aporte al proceso fotosinté- tico global.
La fase luminosa de la fotosíntesis se divide en dos fases:
En la fase acíclica, 2 fotones son captados por los pigmentos que se encuentran en el fotosistema II (clorofila 680) y al excitarse generan 2 electrones que atraviesan una cadena transportadora. Al mismo tiempo, se produce la fotólisis de una molécula de agua para reponer los dos electrones del fotosistema II. El fotosistema II recibe otros 2 fotones y genera otros 2 electrones, que se reponen de los dos provenientes de la cadena transportadora. Finalmente se genera NADPH y ATP. Cada 3 protones se forma 1 ATP, por lo que se obtienen 16 ATP. Por cada molécula de agua se obtiene 1 NADPH, por lo que al romper 12 moléculas de agua, se producen 12 NADPH.
En la fase cíclica solo interviene el fotosistema I (clorofila P700). Se liberan 2 electrones que pasan por la cadena transportadora de electrones. Se introducen 2 protones en el tilacoide, y al atravesar la ATP- sintetasa dan lugar al ATP. En esta fase no se obtiene oxígeno proveniente de la fotólisis del agua ni se obtiene NADPH. En definitiva, el objetivo de esta fase es obtener los 2 ATP necesarios para llevar a cabo la fase oscura.
11.- ¿Qué es un organismo autótrofo quimiosintético?
Son aquellos que utilizan la energía producida por la oxidación de compuestos inorgánicos para elaborar su propio alimento. Los organismos que realizan la quimiosíntesis son bacterias, y son fundamentales en los ciclos biogeoquímicos.
14.- Fotosistemas: Conceptos de complejo antena y centro de reacción. Función y localización.
Un fotosistema es un complejo situado en la membrana interna de los tilacoides. Se trata de proteínas transmembranosas que poseen pigmentos fotosínteticos, capaces de captar energía lumínica.
El complejo antena contiene los pigmentos (clorofila o carotenoides), que transmiten la energía al centro de reacción.
El centro de reacción contiene el pigmento diana, que transfiere los electrones al primer aceptor de electrones de la cadena transportadora de electrones.
Fuente: Google imágenes
15.- Compara: a) quimisíntesis y fotosíntesis b) fosforilación oxidativa y fotofosforilación.
En la quimiosíntesis, la energía proviene de reacciones químicas y en la fotosíntesis se trata de energía luminosa proveniente del sol. La fotosíntesis es realizada por plantas, algas, cianobacterias y otras bacterias fotosínteticas, y ambos son procesos anabólicos en los que se construye materia orgánica a partir de moléculas inorgánicas sencillas.
Tanto la fosforilación oxidativa como la fotofosforilación son procesos en los que los protones pasan por el ATP-sintetasa para generar ATP (añadiendo un grupo fosfato al ADP). La diferencia está en que la fotofosforilación se lleva a cabo en la fotosíntesis, y la fosforilación oxidativa en la cadena respiratoria de 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 catabó- lico. Razona la respuesta.
Se trata de un proceso anabólico, ya que a partir de sustancias sencillas (aminoácidos) se obtienen moléculas más complejas (lactoalbúmina).
18.- ¿En qué lugar de la célula y de qué manera se puede generar ATP?
Se genera en las mitocondrias, por fosforilación a nivel de sustrato, o por el proceso de fotofosforilación o fosforilación oxidativa, en los tilacoides de los cloroplastos y las crestas mitocondriales respectivamente.
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.
Se origina acetil coA cuando una molécula de coenzima A acepta un acetil. Se forma en el catabolismo de aminoácidos y en el anabolismo de lípidos.
Interviene en varias rutas metabólicas:
-En la glucólisis, antes de entrar en la mitocondria para pasar al ciclo de Krebs.
-En el catabolismo de ácidos grasos, en la hélice de Lynen se obtiene Acetil-coA que pasa al ciclo de Krebs.
Además interviene en la gluconeogénesis, y en la síntesis de ácidos grasos y aminoácidos.
23.- ¿Qué molécula acepta el CO2 en la fotosíntesis? ¿Qué enzima cataliza esta reacción? ¿A qué moléculas da lugar?.
La molécula es la ribulosa-1,5-difosfato, gracias a la acción de la enzima rubisco (ribulosa-difosfato-carbosilasa-oxidasa) y da lugar a un compuesto inestable de 6 átomos de carbono, que se disocia en dos moléculas con tres átomos de carbono (ácido 3-fosfoglicérico)que se reduce 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. Se trata de una coenzima transportadora de electrones. Se puede encontrar de forma reducida (NADH) u oxidada (NAD+) dando lugar finalmente al ATP (fotofosforilación o fosforilación oxidativa) Participa por ejemplo en la glucólisis, el ciclo de Krebs o la hélice de Lynen.
25.- Explique brevemente el esquema siguiente:
Se trata de la fase oscura de la fotosíntesis o Ciclo de Calvin.
En la imagen siguiente explico cada parte del proceso:
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?
La fosforilación a nivel de sustrato es la síntesis de ATP que tiene lugar al romperse los enlaces de las moléculas.
La fosforilación oxidativa tiene lugar cuando pasan los protones por la ATP-sintetasa, y se forma ATP por el movimiento que producen las partes de esta enzima.
La fotofosforilación se da en la fotosíntesis, cuando los protones pasan por la ATP-sintetasa y debido al movimiento de sus partes se genera ATP.
La fosforilación a nivel de sustrato se da en la glucólisis (citosol), la fosforilación oxidativa en la cadena transportadora de electrones de la respiración celular (crestas mitocondriales), y la fotofosforilación en la fase luminosa de la fotosíntesis (cloroplastos)
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 la hélice de Lynen, por cada vuelta se pierden dos átomos de Carbono (acetil-coA), que se incorpora al ciclo de Krebs. En cada vuelta se obtiene un FADH2 y un NADH.
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?
Se trata de la dihidroxicetona-3-fosfato, que se obtiene a partir de la glicerina. Finalmente seguirá el camino de la glucólisis para formar ácido pirúvico y pasar al ciclo de Krebs con el objetivo final de obtener energía en forma de ATP, o bien seguirá el camino contrario para sintetizar glucosa (anabolismo)
31.- Ciclo de Calvin: concepto, fases y rendimiento neto.
El ciclo de Calvin se produce en la fase oscura de la fotosíntesis (fase independiente de la luz). Tiene lugar en el estroma de los cloroplastos, y consiste en utilizar las moléculas de ATP y NADPH provenientes de la fase luminosa para sintetizar moléculas orgánicas complejas.
Dentro de este ciclo se distinguen dos procesos:
- Fijación de CO2 a la ribulosa-1,5-difosfato, gracias a la enzima rubisco, dando lugar a un compuesto inestable de 6 carbonos que dará lugar a dos moléculas de ácido-3-fosfoglicérico
-Reducción del CO2 fijado mediante el consumo de ATP y NADH. El ácido-3-fosfoglicérico se reduce a gliceraldehído-3-fosfato. Este G3P puede seguir 3 vías:
1. Regenerar la ribulosa-1-5 difosfato por el ciclo de las pentosas fosfato (conjunto de reacciones complejas)
2. Sintetizar almidón, ácidos grasos o aminoácidos en los cloroplastos.
3. Sintetizar glucosa y fructosa en el citosol.
Por cada átomo de carbono se necesitan 2 moleculas de NADPH y 3 ATP, por lo que para una glucosa se necesitan 12 NADPH y 18 ATP. De esta cantidad, 12 NADPH y 16 ATP se producen en la fase luminosa acíclica de la fotosíntesis, y los 2 ATP restantes en la fase luminosa cíclica.
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?
Se origina en la glucólisis, en el catabolismo de lípidos y de aminoácidos. Se utiliza en varias rutas metabólicas. ya que es el producto inicial del ciclo de Krebs, así como también es un producto que se obtiene en la Hélice de Lynen.
b) De los siguientes procesos metabólicos: Glucogénesis, fosforilación oxidativa y Boxidación, indica:
- Los productos finales e iniciales. En la glucogénesis el producto inicial es el ácido pirúvico, el producto final es la glucosa. En la fosforilación oxidativa el producto incial es ADP+P y el final ATP. En la b-oxidación los productos iniciales son NAD+, FAD+ y los finales acetil-CoA, NADH y FADH2.
- Su ubicación intracelular. La glucogénesis tiene lugar en las mitocondrias y la matriz, la fosforilación oxidativa en la membrana interna mitocondrial y crestas mitocondriales, y la b-oxidación en la matriz mitocondrial.
b) Explica con un esquema cómo se puede transformar un azúcar en una grasa ¿Pueden los animales realizar el proceso inverso?
Los animales son incapaces de transformar un azúcar en grasa, ya que el acetil-coA no puede convertirse en piruvato al carecer 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? ¿Qué entiendes por anabolismo y catabolismo? ¿Cómo se relacionan el anabolismo y el catabolismo en el funcionamiento de las células? ¿Qué rutas distingues? (Cita sus nombres e indica, si existen, cuáles son los productos inicial y final de cada una de ellas).
El metabolismo es el conjunto de procesos por los cuales el organismo obtiene la materia y energía necesarias para llevar a cabo las funciones vitales. Dentro del metabolismo existen dos tipos de reacciones. El catabolismo se trata de reacciones de destrucción, donde a partir de una molécula orgánica se obtiene energía, mientras que el anabolismo es el proceso contrario, en el que a partir de materia inorgánica se obtienen sustancias orgánicas complejas. Ambas reacciones están interconectadas, ya que sin la existencia de ambas no sería posible el funcionamiento del organismo. Una ruta es por ejemplo la glucólisis, donde el producto inicial es la glucosa y el final el ácido pirúvico, o el ciclo de Krebs cuyo producto inicial es el ácido oxalacético + ácido pirúvico y los finales son 6 NADH, 2 FADH2, 2 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).
Intervienen las mitocondrias y los cloroplastos. Los cloroplastos participan en la fotosíntesis y las mitocondrias en el ciclo de Krebs y la respiración celular. Además, en el citosol también se dan reacciones como la glucólisis
40. Metabolismo celular: -Define los conceptos de metabolismo, anabolismo y catabolismo. -¿Son reversibles los procesos anabólicos y catabólicos? Razone la respuesta. -El ciclo de Krebs es una encrucijada metabólica entre las rutas catabólicas y las rutas anabólicas? ¿Por qué?
El metabolismo es el conjunto de reacciones que se dan en el organismo y por las cuales se obtiene materia y energía. El anabolismo es el conjunto de reacciones de síntesis de materia orgánica a partir de materia inorgánica y el catabolismo consiste en reacciones de transformación de materia orgánica en inorgánica para obtener energía.
Estos procesos son reversibles ya que los productos de unas reacciones pueden convertirse en reactivos de otras, llevando a cabo diferentes rutas metabólicas.
El ciclo de Krebs es una encrucijada de ambas rutas ya que algunos productos que se obtienen en él dan lugar a procesos catabólicos y otras sustancias pueden dirigirse a vías anabólicas.
41. Quimiosíntesis: Concepto e importancia biológica
Es un proceso anabólico en el que se utiliza la energía proveniente de reacciones químicas para sintetizar materia orgánica. Es importante debido a que gracias a ella se cierran los ciclos biogeoquímicos. Además, las bacterias que no pueden realizar la fotosíntesis realizan estos procesos para sintetizar materia orgánica.
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. Gliceraldehído-3-fosfato
3. ADP
4.ATP
5. NADPH
6. NADP+
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?
Los elementos 4 y 6 se forman en el estroma, donde tiene lugar el ciclo de Calvin (fase oscura de la fotosíntesis)
C) ) Explique brevemente (no es necesario que utilice formulas) en qué consiste el ciclo de Calvin.
El ciclo de Calvin se produce en la fase oscura de la fotosíntesis (fase independiente de la luz). Tiene lugar en el estroma de los cloroplastos, y consiste en utilizar las moléculas de ATP y NADPH provenientes de la fase luminosa para sintetizar moléculas orgánicas complejas.
Dentro de este ciclo se distinguen dos procesos:
- Fijación de CO2 a la ribulosa-1,5-difosfato, gracias a la enzima rubisco.
-Reducción del CO2 fijado mediante el consumo de ATP y NADH. El ácido-3-fosfoglicérico se reduce a gliceraldehído-3-fosfato.
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 de estroma
5. ADN
6. estroma con ribosomas
7. tilacoide de grana
b) En los cloroplastos, gracias a la luz, se producen ATP y NADPH. Indique esquemáticamente, como se desarrolla este proceso
En la fase luminosa se producen los ATP y NADPH necesarios en la fase oscura para sintetizar moléculas orgánicas.
En la fase acíclica se obtienen 16 ATP(por cada 3 protones se obtiene un ATP, y por cada H2O entran 4 protones, por lo que en total hay 12x4=48 protones) y 12 NADPH (al romper 12 moléculas de H2O), y en la cíclica 2 ATP
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, ya que la teoría endosimbiótica explica la formación de mitocondrias y cloroplastos a partir de bacterias fagocitadas por células primitivas, por lo que la célula se alimentaba de las bacterias (que son más pequeñas que la célula) y se quedaron en simbiosis en el citosol.
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 de estroma
5. ADN
6. estroma con ribosomas
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 amilogénesis es la síntesis de almidón y tiene lugar en los plastos de las células vegetales a partir de glucosa-6-fosfato (que procede de la gluconeogénesis) que se une al ATP, que actúa como activador mediante un enlace O-glucosídico.
b) Indique tres similitudes entre cloroplastos y mitocondrias.
1. Son orgánulos transductores de energía.
2. Se encuentran solo en células eucariotas.
3. Ambos presentan estructuras como ribosomas o ADN.
