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Introducción a la Botánica 2016 10ma. clase teórica: 13/4/2016

Metabolismo de hidratos de carbono

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Nabors 2006 Introducción a la Botánica

La fotosíntesis y la respiración

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La fotosíntesis y la respiración Nabors 2006 Introducción a la Botánica

Azúcares + ATP + nutrientes del suelo  moléculas para el crecimiento Las plantas respiran aproximadamente el 50 % del C que fijan por fotosíntesis En algunos tejidos vegetales la velocidad de respiración es similar a la de los animales

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La fosforilación: síntesis de ATP Fosforilación: adición de un grupo fosfato (P) a una molécula Fosforilación oxidativa: en un sistema de membranas. Se consume O2 Se utiliza un gradiente de protones

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A nivel de sustrato  enzima en solución Transferencia de grupo P No consume O2

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La respiración en el citosol y la mitocondria

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Varios procesos llevan a la síntesis de ATP a partir de la energía almacenada en los hidratos de carbono. Ocurren en el citosol y las mitocondrias La respiración incluye: • Glicólisis: oxidación de la glucosa a piruvato • Formación de acetil-CoA • Ciclo de Krebs • Cadena de transporte de eLos electrones del HdC se donan al O2 Se genera ATP

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El metabolismo de la glucosa Las vías de oxidación de la glucosa son distintas dependiendo de la presencia de O2

Raven Biology of Plants 2013

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Respiración: en aerobiosis  el O2 es el último aceptor de electrones

Ciclo de Krebs = Ciclo del ác. cítrico Fermentación: en anaerobiosis Citosol solamente

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Glicólisis: fases Glicólisis: hidrólisis de una molécula de glucosa (hexosa = 6C) en dos moleculas de 3C (piruvato)

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Tiene dos fases: 1. Fase preparatoria: la glucosa es fosforilada a nivel de sustrato  se consume energía (ATP) para que la glucosa entre en el proceso • Se generan dos moléculas de triosa pero hasta acá no cambió el estado redox original 2. Fase de generación de energía: Las triosas se oxidan, produciendo energía en forma de ATP y poder reductor en forma de NADH (no NADPH)

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Glicólisis: El NAD

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La molécula de NAD/NADH: Nicotinamida adenina dinucleótido NAD = oxidado; NADH+H+ = reducido (en citoplasma y mitocondrias) En los cloroplastos NADP/NADPH (3 grupos P)

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Glicólisis: fase de consumo de energía

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En el citosol

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En el citosol

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Glicólisis: fase de generación de energía

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NADH

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NADH

La fermentación sirve para regenerar el NAD en ausencia de O2 Glicólisis + fermentación  obtención de energía de los azúcares en organismos y situaciones donde no hay abundancia de O2: • Tierra primitiva • Situaciones de anaerobiosis (falta de O2) • Organismos facultativos

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La fermentación

La fermentación como proceso industrial: • alcohólica: levaduras  pan, cerveza, vino • láctica: bacterias y hongos  quesos, yogurt

La respiración aeróbica ocurre en las mitocondrias crestas membrana externa espacio intermembranal

membrana interna

membrana externa membrana interna

matriz

matriz crestas Introducción a la Botánica 2016 DBBE FCEyN - UBA

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El ciclo de Krebs El piruvato entra a la mitocondria, se decarboxila, se activa y entra a un ciclo oxidativo: el ciclo de Krebs o del ácido cítrico

En la mitocondria liberación de CO2, producción de NADH, FADH2 y ATP Introducción a la Botánica 2016 DBBE FCEyN - UBA

La fosforilación oxidativa: cadena respiratoria ¿Para qué se usa ese poder reductor generado por la oxidación de la glucosa?

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espacio intermembrana

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La fosforilación oxidativa: ATP sintasa

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Para generar un gradiente de protones a través de la membrana interna mitocondrial  ATP sintasa

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Generación de energía en la respiración

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Generación de energía en la respiración La oxidación completa de una molécula de glucosa produce 36 moléculas de ATP

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Formas de respiración que producen calor

oxidasa alternativa

La acción de la oxidasa alternativa consume O2 sin que se genere ATP Sirve como válvula de escape En las Aráceas eleva la temperatura de la flor durante la polinización Nabors 2006 Introducción a la Botánica Introducción a la Botánica 2016 DBBE FCEyN - UBA

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Otros sustratos usados en la respiración Cociente respiratorio CR = mol CO2 liberados/mol O2 consumidos Hidratos de carbono (por ej. glucosa): C6H12O6 + 6 O2  6 CO2 + 6 H2O CR= 6/6 = 1

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Ácidos orgánicos (por ej. citrato): C6H8O7 + 4,5 O2  6 CO2 + 4 H2O CR= 6/4,5 = 1,33 Lípidos (un ejemplo): C57H104O6 + 80 O2  57 CO2 + 52 H2O CR= 57/80 = 0,71 El CR indica qué tipo de sustancia está respirando un tejido Introducción a la Botánica 2016 DBBE FCEyN - UBA

Regulación de la respiración La célula regula la velocidad de la respiración según la demanda de los productos: energía y ácidos orgánicos La regulación es a nivel de las enzimas La preponderancia de sustratos activa las enzimas de los pasos iniciales La preponderancia de productos inhibe a las enzimas de pasos anteriores = activación = inhibición

Los pasos de regulación ocurren en todos los compartimientos Introducción a la Botánica 2016 DBBE FCEyN - UBA

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Integración: procesos que liberan CO2

El ciclo de las pentosas-P ocurre tanto en plástidos como en citosol y es otra vía de utilización de hexosas para generación de NADPH Importante cuando /donde no hay fotosíntesis

Preguntas de repaso

• ¿En qué se asemeja y en qué se diferencia la cadena de transporte de electrones presente en mitocondrias de la de los cloroplastos? • En semillas que tienen lípidos y no polisacáridos como sustancia de reserva ¿por qué se observan altas tasas de respiración durante la germinación? • ¿Qué tipo de sustrato de la respiración se puede hipotetizar que posee un tejido en el que se mide un CR < 1?

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• ¿Cómo y por qué difieren en su rendimiento energético la respiración aeróbica y la fermentación?

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