Presentació del tema 11 de l'assignatura de biologia de 2n de batxillerat. Presentació preparada amb el llibre de 2n de Batxillerat Santillana i altres materials.

1. UNITAT 11
L’anabolisme.
1

2. Què estudiarem?
1. Formes de nutrició dels organismes
2. La fotosíntesi
3. La quimiosíntesi
4. L’anabolisme heteròtrof
2

3. 1. Formes de nutrició dels
organismes
• Anabolisme cel·lular: via constructiva del metabolisme,
ruta de síntesi de molècules complexes a partir de
senzilles.
• L’anabolisme té dues etapes:
– Anabolisme autòtrof: pas de molècules inorgàniques a
molècules orgàniques senzilles.
• Fotosintètic (fotosíntesi): Utilitza energia lluminosa (plantes,
algues, cianobacteris i bacteris fotosintètics.
• Quimiosintètic (quimiosíntesi):Utilitza energia procedent de
les reaccions d’oxidació dels compostos inorgànics (només
bacteris quimiosintètics).
– Anabolisme heteròtrof: pas de molècules orgàniques
senzilles a molècules orgàniques complexes.
3

4. 2. La fotosíntesi
• Fotosíntesi: conjunt de processos que originen molècules
orgàniques senzilles a partir de molècules inorgàniques, utilitzant
l'energia lluminosa com a font d'energia per moure electrons i
aprofitar la seva energia.
• Pigments fotosintètics: són els que fan que la fotosíntesi sigui
possible, ja que en ells és on es produeix la recuperació d’e-.
• Tipus:
– Fotosíntesi oxigènica: els electrons provenen de la molècula d’aigua i
es fabrica oxigen (plantes, algues i cianobacteris).
H2O → 2H + + 2e- + ½ O2
– Fotosíntesi bacteriana: els electrons provenen de l’àcid sulfhídric i no
es fabrica oxigen (bacteris).
H2S → 2H+ + 2e- + S
4

5. 2.1. Estructures fotosintètiques
• Depenen de l’organisme:
Cloroplast Tilacoides al citoplasma Clorosomes amb
sense cloroplasts bacterioclorofil·la
Orgànul membranós Estructura membranosa Parets proteiques
Eucariotes Cianobacteris Bacteris
(algues i plantes)
5

6. 2.2. Pigments fotosintètics
• Són lípids o molècules amb porcions lipídiques.
• Enganxats a proteïnes (en cianofícies i cloroplasts són proteïnes
integrals de membrana ).
• Hi ha molts tipus. Les clorofil·les i els carotenoides són els més
coneguts:
– Clorofil·la:
• Anell porfirínic amb Mg2+, associat a metanol i fitol.
• Clorofil·la a: absorbeixen llum de 683 nm.
• Clorofil·la b: 660 nm.
– Carotenoides:
• Absorbeixen llum de 440 nm.
• Carotens i xantofil·les.
• Els dobles enllaços són molt importants. Amb la llum hi ha electrons
que s'exciten, pugen de nivell, i en tornar al seu nivell exciten els
pigments veïns fins que un pigment, en excitar-se, allibera electrons.
6

7. 7

8. 2.3. Fotosistemes
• Es un complex de proteïnes transmembranoses amb
pigments situats als tilacoides.
• 2 parts:
– Complex captador de llum:
• Capten la llum, s’exciten i passen l’excitació.
– Centre de reacció:
• Li arriba l'excitació als pigments diana (clorofil·les).
• Al centre de reacció hi ha un acceptor dels electrons que perden els
pigments diana.
• L’acceptor els transmet a l’exterior i comença el transport electrònic.
• Hi ha 2 fotosistemes diferents als cloroplasts:
– El PSI o fotosistema I.
– El PSII o fotosistema II.
8

9. 9

10. 2.3.1. Fotosistema I (PS I)
• Pigment diana capta l’energia procedent d’una longitud
d’ona menor o igual a 700 nm.
• El pigment diana s’anomena P700.
• No pot trencar l’aigua per llevar-li els electrons.
• En la zona de contacte amb l’estroma, igual que l’ATPasa.
10

11. 2.3.2. Fotosistema II (PS II)
• Pigment diana capta l’energia procedent d’una longitud
d’ona menor o igual a 680 nm.
• El pigment diana s’anomena P680.
• Trenca l’aigua per llevar-li els electrons.
• Més abundant a la zona de les grana.
11

12. 2.4. Visió general de la fotosíntesi
• Dues fases:
– Fase lluminosa:
• Depèn de la llum.
• Genera ATP i NADPH.
• Es fa als tilacoides.
– Fase obscura:
• Es pot fer de dia i de nit.
• Fa servir l’ATP i el NADPH per construir glúcids.
• Es fa a l’estroma.
• Equació global:
6 CO2 + 12 H2O + energia lluminosa → C6H12O6 + 6 O2+ 6 H2O
12

13. 13

14. 2.5. Fase lluminosa de la fotosíntesi
• Dues modalitats:
– Transport acíclic:
• Intervenen PS I i PS II.
• Es genera ATP i NADPH.
• Es produeix oxigen.
• Els electrons passen de l'aigua al NADPH.
– Fase cíclic:
• Intervé el PS I.
• Es genera només ATP.
• No es produeix oxigen.
• Els electrons es reutilitzen.
14

15. 15

16. 2.5.1. Fase lluminosa acíclica
• Es produeixen 4 processos:
1. Fotòlisi de l'aigua:
• Incideix la llum sobre PS II (2 fotons).
• P680 cedeix 2 e-.
• Fotòlisi (hidròlisi) de l’aigua a l'interior del tilacoide:
H2O → 1/2 O2 + 2 H+ + 2 e-
• S’obtenen 2 e- i 2 H+.
• El P680 recupera els 2 e-.
• Els 2 H+ queden a l’interior del tilacoide.
2. Cadena de transport electrònic:
• Els electrons es transfereixen a través de la cadena de
transport.
• Els electrons arriben al P700 del PS I.
• Durant el transport 2 H+ passen de l’estroma a l’interior del
tilacoide.
16

17. 3. Fotoreducció del NADP+:
• Incideix la llum sobre el PS I (2 fotons).
• La P700 cedeix els 2 e-.
• Van a una cadena de transport.
• Després es cedeixen al NADP+.
• El NADP+ es redueix agafant 2 H+ de l’estroma.
• Finalment obtenim NADPH + H+.
NADP+ + 2 H+ + 2 e- → NADPH + H+.
4. Fotofosforilació d'ADP (síntesi d'ATP):
• Diferència de potencial entre interior i exterior tilacoide.
• Els protons surten a l’exterior per l’ATP-sintetasa.
• Cada 3 H+ generen un ATP.
ADP + Pi → ATP + H2O
• Cada 2 e- que passen a un NADP+ obtenim 4 H+ a dins el
tilacoide.
17

18. 18

19. 2.5.2. Fase lluminosa cíclica
• No intervé el PS II (no hi ha fotòlisi d'H2O).
• No intervé la NADP+ (no es genera NADPH).
• Un únic procés, la Fotofosforilació de l’ADP:
– Dos fotons sobre el PS I.
– S’alliberen 2 e- de la P700.
– S’hi produeix un flux cíclic d’electrons.
– Entren 2 protons des de l’estroma a l’interior del
tilacoide.
– Els protons surten a través de l’ATP-sintetassa.
– Es sintetitza l’ATP.
ADP + Pi → ATP + H2O
• Complementa la generació d’ATP per la fase
fosca
19

20. 20

21. 2.5.3. Balanç de la fase lluminosa
• 2 fotons fan que 1 molècula d’H2O es converteixi
en 2 H+, 2 e- i ½ O 2.
• 2 fotons més estimulen el PS I.
• Els e- es fan servir per reduir NADP+ i convertir-lo
en NADPH.
• A l'interior del tilacoide entren 4 H+, que serveix
per fabricar ATP posteriorment (3 H+ per cada
ATP).
• A més, el PS I funciona també cíclicament,
entrant 2 H+ en cada cicle.
21

22. 2.6. Fase fosca de la fotosíntesi
• L'ATP i el NADPH generat en la fase lluminosa es
fan servir per sintetitzar matèria orgànica
(glúcids) a partir de substàncies inorgàniques
(CO2).
• Es sol fer de dia (encara que es pot fer de nit). No
necessita llum.
• Intervé un enzim molt abundant: la Rubisco
(Ribulosa difosfat carboxilasa).
22

23. 2.6.1. Síntesi de compostos de carboni
• Aquesta fase es coneix com a Cicle de Calvin.
• Dos processos:
– Fixació del CO2:
• Un CO2 atmosfèric entra a l’estroma.
• S’uneix a la ribulosa-1,5-difosfat gràcies al Rubisco.
• Es forma un compost inestable de 6 àtoms de C.
• Es dissocia en 2 molècules d’àcid-3-fosfoglicèrid.
– Reducció del CO2:
• Es consumeix 3 ATP i 2 NADPH de la fase lluminosa.
• Es redueix l’àcid-3-fosfoglicèrid.
• S’obté gliceraldehid-3-fosfat (G3P):
– Regenerarà ribulosa-1,5-difosfat.
– Sintetitzarà midó, àcids grassos i aminoàcids (cloroplast).
– Sintetitzarà glucosa i fructosa (citosol).
23

24. 24

25. 2.6.2. Balanç de la síntesi de compostos
de carboni
• Per fixar un CO2 fan falta 3 ATP i 2 NADPH.
• Per sintetitzar 1 glucosa (6 carbonis) fan falta 18 ATP i 12
NADPH.
• Per fer un NADPH en la fase lluminosa s'hidrolitza 1 H2O
i s’acaben introduint 4 H+ dins els tilacoides (cada 3 H+
serviran per fer 1 ATP).
• 12 NADPH formats equivalen a entrar 48 H+ dins els
tilacoides, que serveixen per formar 16 ATP.
• I els 2 ATP que falten provenen de la fase lluminosa
cíclica.
25

26. 2.6.1. Síntesi de compostos de nitrogen i
sofre
• El nitrogen i el sofre entren a l'estroma del cloroplast,
procedents del sòl, en forma d'ions nitrat i sulfat
(NO3- i SO42-).
• El nitrat es fa servir, després de reduir-se, per
fabricar l'àcid glutàmic (un aminoàcid).
• El sulfat, després de reduir-se, es fa servir per
fabricar l'aminoàcid cisteïna.
• Per reduir aquests ions s'ha de gastar ATP i oxidar
NADPH, passant-lo a NADP+.
26

27. 2.7. Els cinc factors que
influeixen en la fotosíntesi
27

28. Estrès hídric (poca aigua)
Els estomes es tanquen, no entra CO2, s'acumula O2 i incrementa la
fotorespiració.
28

29. 3. La quimiosíntesi
• Quimiosíntesi: síntesi d’ATP a partir de
l’energia que s’allibera en les reaccions
d’oxidació de determinades substàncies
inorgàniques.
• La quimiosíntesi només la realitzen bacteris.
• La majoria dels compostos que s’utilitzen en
aquest procés provenen de la descomposició de
la matèria orgànica.
• Els compostos resultants, substàncies minerals,
solen ser absorbits per les plantes.
29

30. 3.1. Tipus de bacteris
quimiosintètics
• Bacteris incolors del sofre:
– Oxiden compostos de sofre.
– Son aerobis (necessiten oxigen per oxidar).
– Abundants en aigües residuals.
• Bacteris del nitrogen:
– Oxiden compostos de nitrogen.
– Oxiden l’amoníac a nitrat (assimilat per les plantes).
• Bacteris del ferro:
– Oxiden compostos ferrosos.
• Bacteris de l’hidrogen:
– Utilitzen l’hidrogen molecular.
30

31. 3.2. Fases de la quimiosíntesi
• 1a Fase:
– Es fabrica ATP per fosforilació oxidativa dels substrats reduïts.
– Els electrons transportats es fan servir per reduir NAD+ i
convertir-lo en NADH.
• 2a Fase:
– Es realitza fixació de carboni i una posterior reducció, usant
l'ATP i el NADH (es reaccions són les del cicle de Calvin).
– La incorporació de nitrogen es fa de manera semblant a com ho
fan les plantes. Existeixen bacteris fixadors de nitrogen
atmosfèric.
– Es sintetitzen els compostos orgànics.
31

32. 4. Anabolisme heteròtrof
• Anabolisme heteròtrof: procés metabòlic que consisteix en el pas
de molècules orgàniques senzilles (precursores) a molècules
orgàniques complexes.
• El fan les cèl·lules autòtrofes i les heteròtrofes.
• Dues fases:
– Biosíntesi de monòmers, molècules orgàniques senzilles, a partir de
precursors.
– Biosíntesi de polímers, molècules orgàniques més grans, a partir de
monòmers.
• Hi ha diversos tipus:
– Anabolisme de glúcids.
– Anabolisme de lípids.
– Anabolisme de proteïnes.
– Anabolisme d’àcids nucleics.
• És un procés de reducció, per tant es produeixen molècules més
grans i més reduïdes.
• L'energia procedeix de la desfosforilació de l'ATP:
ATP → ADP + Pi
32

33. 33

34. 4.1. Anabolisme dels glúcids
• Dues fases:
– Síntesi de glucosa (gliconeogènesi):
• S’obté a partir de l’àcid pirúvic després del
catabolisme.
• S’obté a partir del cicle de Calvin.
– Síntesi de polímers de glucosa o d’altres
hexoses (glicogenogènesi i amilogènesi):
• Unió de glucoses a través d’enllaços α.
• Es sintetitza midó i glicogen.
34

35. 4.1.1. Gliconeogènesi
• Síntesi de glucosa a partir de l’àcid pirúvic:
Àcid pirúvic (CH3-CO-COOH) → glucosa
• En animals es fa al fetge i al ronyó.
• Prové de:
– Animals: glicòlisi, aminoàcids, àcid làctic.
– Vegetals i microorganismes: glicòlisi, aminoàcids i àcids grassos
(no és possible en animals).
• Comparteix alguns enzims reversibles de la glicòlisi, però
hi ha algunes reaccions específiques d'aquesta via:
– Conversió de l’àcid pirúvic en àcid fosfoenolpirúvic.
– Transformació de la frutctosa-1,6-difosfat en fructosa-6-fosfat.
– Conversió de la glucosa-6-fosfat a glucosa.
35

36. 36

37. 4.1.2. Glicogenogènesi i amilogènesi
• Glicogenogènesi:
– Transforma la glucosa-6-fosfat a glicogen a través
d’enllaços α.
– Es dóna especialment al fetge i als músculs.
• Amilogènesi:
– Transforma la glucosa-6-fosfat a midó a través
d’enllaços α.
– Als plastos de les cèl·lules vegetals.
– La molècula activadora és l’ATP.
37

38. 4.2. Anabolisme dels lípids
• Els lípids amb funció de reserva més importants són
els greixos o triglicèrids.
• La biosíntesi es fa en tres processos:
– Síntesi d’àcids grassos.
– Síntesi de glicerina.
– Síntesi de triacilglicèrids.
• Es sintetitzen, per separat, àcids grassos i glicerina
(propanotriol).
• Després s'esterifiquen per formar acilglicèrids.
38

39. 4.2.1. Síntesi d’àcids grassos
• Es fa al citosol.
• Es fa unint acetils-CoA modificats (provenen del
catabolisme dels glúcids).
• Els enzims que fan créixer l‘àcid gras s’anomenen
complex àcid gras sintetasa (SAG).
• El primer acetil-CoA transfereix el grup acetil al
complex SAG.
• Els altres acetil-CoA passen a maloni-CoA i es van
afegint a la cadena que creix.
• Generalment es forma àcid palmític (16 C).
• Es consumeix bicarbonat, ATP i NADPH.
39

40. 40

41. 4.2.2. Síntesi de glicerina
• Es fa a partir d'un precursor de 3 carbonis de la
glicòlisi (dihidroxiacetona 3-P).
• Si es vol esterificar amb àcids grassos, s’ha
d'activar amb ATP i formar glicerol-3-P.
41

42. 4.2.3. Síntesi de triacilglicèrids
• La glicerina ha d'estar activada en forma de glicerol-3-P.
• Els àcids grassos han d'estar també activats, units al CoA
(despesa d'ATP).
• Els 3 àcids grassos s'uneixen un després de l'altre.
• El procés de formació del triglicèrid es produeix al reticle
endoplasmàtic.
42

43. 4.3. Anabolisme dels aminoàcids
• Hi ha 10 aminoàcids proteics que no
podem sintetitzar i hem d’ingerir. Són els
essencials:
– Leucina, isoleucina, lisina, metionina,
fenilalanina, treonina, triptòfan, valina,
arginina i histidina.
• Hi ha 10 aminoàcids que sí que podem
sintetitzar. Són els no essencials:
– Àcid glutàmic, glutamina, prolina, àcid
aspàrtic, asparagina, alanina, glicina, serina,
tirosina i cisteïna.
43

44. • Es fan servir diversos precursors de 3 a 5
carbonis, àcids.
• Se'ls ha d'afegir el grup amino, que pot venir de
diverses fonts:
– Fixació de nitrogen atmosfèric (certs bacteris).
– Captació de NH3, NO2-,NO3- (plantes i bacteris).
– Captació de NH4+ o reciclatge altres aminoàcids (tots).
• L'àcid α-cetoglutàric és fonamental per fer
transaminació i permetre que es formin altres
aminoàcids.
• A més, dins el mitocondri pot unir-se a NH4+ i
formar àcid glutàmic.
44

45. 45

46. 4.4. Anabolisme dels àcids nucleics
• A partir de la dieta
es poden obtenir
pentoses, bases
nitrogenades i àcid
fosfòric, que es
poden reutilitzar.
46

47. 4.4.1. Síntesi de nucleòtids amb bases púriques
• Per obtenir adenosinamonofosfat (AMP) i guanosinamonofosfat
(GMP).
• Sobre una ribosa 5-fosfat es construeix una base nitrogenada
púrica (es combinen diferents aminoàcids).
• El nucleòsid resultant s'anomena àcid inosínic.
• S’obté els nucleòsids d’A i G.
47

48. 4.4.2. Síntesi de nucleòtids amb bases pirimidíniques
• Per fer citidinamonofosfat (CMP), timidinamonofosfat (TMP) i
uridinamonofosfat (UMP).
• Primer es fa una base púrica (àcid oròtic) a partir d'un
aminoàcid.
• Després s'uneix a una ribosa 5-P.
• S’obté els nucleòsids de C, T i U.
48