Objeto de estudio 4.
B) Actividades sobre los contenidos
1. Elabore un dibujo y un cuadro comparativo entre estructura y función de la mitocondria y el cloroplasto.
MITOCONDRIA
Estructura:
Diámetro: 0.2 a 1.0 mm (corte transversal); 1 a 4 mm (longitud)
Envoltura: Rodeadas por una membrana semipermeable.
Membrana externa: Envuelve por completo a la mitocondria y sirvecomo frontera exterior. Contiene 50% lípidos en peso y una mezcla de enzimas.
Membrana Interna: Se sitúa justo por dentro de la membrana externa, gran parte de ella forma profundos surcos llamados crestas.
Las membranas la en 2 compartimientos acuosos, uno entre el centro de la mitocondria denominado matriz (ribosomas y ADN) y otro compartimiento entre las membranas interna y externa.
Función:
Generar, mediante procesos de respiración aerobia, energía para mantener la actividad celular.
El ácido pirúvico (también conocido como piruvato) penetra en la mitocondria, mediante reacciones, reacciona con H2O y 10 átomos de H+. Los átomos se transportan a las crestas a lo largo de coenzimas quienes donan los H+ a una serie de proteínas enlazadas a las crestas de la membrana a lo largo de coenzimas, quienes donan los H+ a una serie de proteínas enlazadas a la membrana:
Cadena transportadora de Electrones:
Separa e- y p+ de cada átomo que se envían a lo largo de la cadena combinándose con O-2 y los p+ para formar H2O. La energía se libera a medida que los e- pasan desde las coenzimas a los átomos de O-2 y se almacena en compuestos de la cadena de transporte de e-. A medida que estos pasan los componentes de la cadena bombean p- desde la matriz solo si se añade un grupo fosfato al ADP para formar ATP en un proceso llamado fosforilación.
ELIJA SU MITOCONDRIA FAVORITA:
CLOROPLASTO
Estructura:
Localizado en: las células mesófilas de las hojas.
Forma. lenticular, 2 a 4 mm de ancho y 5 a 10 mm de largo. Varia entre 20 y 40 por célula.
Cubierta externa que consta de dos membranas separadas por un espacio estrecho.
Membrana Externa. Contiene porinas que la hacen permeable a solutos de peso molecular alto.
Membrana Interna. Impermeable, las sustancias que se mueven a traves lo hacen con ayuda de transportadores. Contiene el mecanismo transductor de energía. Está organizada en sacos membranosos (tilacoides),que se disponen ordenadamente en estructuras llamados grana. El espacio fuera del tilacoide, pero
dentro de la envoltura externa, se denomina estroma.
Contiene pequeñas células de ADN y ribosomas, que junto con enzimas forman una reserva de información genética y el medio para utilizarla.
Función.
Se encuentra en las células vegetales y en la de las algas, donde se lleva a cabo la fotosíntesis, la cual es su función principal.
Existen dos fases, que se desarrollan en compartimentos distintos:
Fase luminosa. Se realiza en la membrana de los tilacoides, donde se halla la cadena de transporte de electrones y la ATP-sintetasa responsables de la conversión de la energía lumínica en energía química (ATP) y de la generación poder reductor (NADPH).
Fase oscura. Se produce en el estroma, donde se halla el enzima RuBisCO, responsable de la fijación del CO2 mediante el ciclo de Calvin.
Las moléculas de clorofila, que absorben la luz para llevar a cabo la fotosíntesis, están unidas tilacoides. La energía luminosa capturada por la clorofila es con vertido es Adenosina Trifosfato (ATP) mediante una serie de reacciones químicas que tienen lugar en los grana.
ELIJA SU CLOROPLASTO FAVORITO:
2.- Llene el siguiente cuadro en el que se diferencia la utilización de la molécula de glucosa en presencia y ausencia de oxigeno.
Haga clic en el cuadro para agrandar
3. mencione el sitio de la célula el cual se lleva acabo cada uno de los procesos:
Haga clic en el cuadro para agrandar.
4. Describa la forma en la que se encuentran organizados los transportadores de la cadena de transporte de electrones y mencione cual es la característica de su constitución química que les permite realizar dicho transporte.
La cadena transportadora de electrones se compone de 5 tipos de portadores de electrones unidos con la membrana: flavo proteínas, citocromos, átomos de cobre, ubicuinona y proteínas con hierro y azufre.
Las flavoproteinas consisten en un polipéptido unido con fuerza a uno de los dos grupos prostéticos relacionados ya sea con el dinucleotido de la flavina adenina (FAD) o mononucleotido de flavina (FMN) y es capas de donar y aceptar 2 protones y 2 electrones.
Los citocromos son proteínas que contienen grupos proteicos hem. El átomo de hierro de un grupo hem presenta una transmisión reversible entre los 2 estados de oxidación Fe3+ y Fe2+ como la aceptación y la perdida de un solo electrón.
Tres átomos de cobre que se localizan dentro de un solo complejo proteico de la membrana mitocondrial interna aceptan y donan un electrón.
La ubicuinona es una molécula liposoluble que contiene una cadena hidrófoba larga compuesta de unidades isoprenoides de cinco carbonos. Que pueden aceptar o donar 2 protones y dos electrones.
Las proteínas con hierro y azufre son proteínas que contienen hierro en las que los átomos de este metal no se localizan dentro de un grupo hem, si no que están unidos con átomos de azufre inorgánico. Aunque pueden tener varios átomos de hierro solo pueden donar y aceptar un electrón.
Ver artículo en Wikipedia....
Explica cómo la energía derivada del transporte de electrones por la cadena de transporte de electrones se utiliza para producir ATP a partir de ADP y Pi. La bomba de protones: el transporte de electrones está acoplado al transporte de H+ a través de la membrana interna mitocondrial desde el espacio intermembrana. Este proceso crea simultáneamente a través de la membrana interna mitocondrial un gradiente eléctrico (con más cargas positivas en el exterior de la membrana que en la matriz mitocondrial) y un gradiente de pH (el exterior de la membrana está a un pH más ácido que el interior). La energía generada por este gradiente es suficiente para realizar la síntesis de ATP.
Es útil considerar el papel de las mitocondrias en las vías oxidativas básicas de las células eucariotas (oxidación de carbohidratos).
Las enzimas de la glucólisis efectúan los primeros pasos del proceso de oxidación de la glucosa. La glucólisis se inicia con la activación de una molécula de glucosa por fosforilación de dos átomos de carbono
Este gradiente iónico presenta una forma de energía que puede liberarse para efectuar diferentes tipos de trabajo. El uso de estos requiere varios componentes: una membrana capaz de mantenerlo, el mecanismo para liberarlo de modo que pueda efectuar trabajo.
Las mitocondrias utilizan el gradiente a través de la membrana interna para efectuar gran número de actividades que requieren de energía, principalmente síntesis de ATP. Cuando la formación de ATP se realiza por la energía liberada de los electrones eliminados durante la oxidación del sustrato, el proceso se denomina fosforilación oxidativa
En la membrana interna mitocondrial, los electrones van a fluir, por una parte, desde succinato por la ubiquinona hasta el O2 para producir H2O; y por otra parte fluirán protones hacia el espacio intermembrana. En el citosol tenemos la producción de NADH y en la matriz mitocondrial la producción de NADH y FADH2 en el ciclo de Krebs. El NADH y FADH2, van a ceder sus electrones a la cadena transportadora.
Si el donador de electrones es el NADH, los electrones entran a la cadena respiratoria por la vía del complejo I, que transfiere electrones a la ubiquinona, liberando energía para formar 3 moléculas de ATP.
Si el donador es FADH2, los electrones pasan directamente de la succinato deshidrogenasa del ciclo del acido tricarboxilico (complejo II) a la ubiquinona, pasando por alto el extremo “izquierdo” de la cadena que posee un potencial redox demasiado negativo para aceptar los electrones menos energéticos del nucleótido de flavina, liberando energía bastante para formar casi 2 moléculas de ATP.
La fotosíntesis es un proceso en el cual se utiliza la energía solar para impulsar la síntesis de carbohidratos. Este proceso es llevado a cabo por organismos llamados foto-autótrofos, los cuales elaboran moléculas complejas a partir de CO2 como principal fuente de carbono, estos procesos requieren mucha energía la cual la obtienen de la luz solar.
La fotosíntesis es un proceso en el cual los electrones de baja energía son eliminados de un compuesto donador y pueden convertirse en electrones de alta energía como resultado de la absorción de luz. Estos electrones de alta energía pueden utilizarse entonces en vías anabólicas en las cuales se sintetizan moléculas biológicas reducidas, como almidón y aceites.
6 CO2 + 6 H2O → C6H12O6 + 6 O2
7. Indique los nombres y escriba las reacciones de las dos fases de la fotosíntesis.
La fotosíntesis se realiza en dos fases que son la fase luminosa (esquema Z) y la fase oscura (Ciclo de Calvin).
La fase luminosa se lleva a cabo en la membrana del tilacoide y comprende la desintegración de la molécula de H2O (fotólisis) que libera oxígeno. En esta fase, se absorbe energía de la luz solar para convertirla en energía química, la cual esta contenida en la molécula de ATP. Además se genera poder reductor que se almacena en la molécula de NADPH.
H2O + NADP+ + ADP + PO-4 ----->O2 + NADP+ + H+ + ATP
La fase oscura se lleva a cabo en el estroma del cloroplasto; aquí las reacciones no requieren luz solar y los productos de la fase luminosa, ATP y NADPH, se utilizan para formar enlaces covalentes C-C de carbohidratos a partir de moléculas de CO2.
CO2 + NADPH + H+ à C6H12O6 + NADP+ + ADP + Pi
Se le llama esquema z, porque los componentes involucrados adoptan la forma del a letra z.
Principalmente consiste en la fotosíntesis oxigénica, donde actúan los dos fotosistemas en serie, el flujo de electrones ocurre a través de tres ramas: entre el H2O, y PIS, entre PSI y NADP.
Este esquema sirve principalmente para producir la fosforilación no cíclica en la que se obtiene ATP y NADH, o bien, puede funcionar el PSI generando la fotofosforilación cíclica para obtener exclusivamente ATP sin liberar oxigeno.
Inicia en PSII, en este sitio lo energía provista por los fotones de la luz y absorbida por los pigmentos antena, luego es transferida por resonancia hasta alcanzar una par específico de moléculas. Luego pasan por una serie de transferencia de electrones que se acercan cada vez más al estroma de la membrana. La fase luminosa de la fotosíntesis inicia con la fotólisis de la molécula del H2O, lo que provoca la liberación de oxigeno y la transferencia de electrones a la molécula de NADP+ para generar la molécula de NADPH; este proceso requiere de 52.6 kcal/mol.
Elija su esquema favorito:
Son complejos proteicos que contiene un gran número de moléculas de clorofila y de otros pigmentos. P es por pigmento y 680, 700 corresponde a la longitud de onda de la luz que la molécula transporta.
10. De que moléculas esta formado el “complejo cosechador de luz” (centro de reacción) y cual es la función de la clorofila.
La clorofila a. a lo largo de un gradiante declinente de energía. De esta manera son energizadas las moléculas de de clorofila a del centro de reacción y en una reacción medida por proteínas asociadas, el electrón excitado en ese centro es transferido a un aceptador de electrones estrechamente asociado. La clorofila a se queda con un hueco electrónico cargado positivamente que tiene una gran afinidad con los electrones.
11.- ¿Cómo la célula abastece las necesidades extras de ATP?
Aunque el ATP se hidroliza, es importante producir al mismo tiempo ATP adicional; de otra manera, la proporción ATP/ADP desciende y también se reduce la energía libre disponible. Las células musculares contienen una reserva de fosfato creatina (CrP), uno de los compuestos con potencial para transferir fosfatos mayores que el del ATP por lo tanto puede seguir utilizándose para generar ATP en la siguiente reacción.
CrP + ADP→Cr +ATP.
Puesto que la célula musculares tienen un suministro muy limitado tanto de ATP, como se deduce que ,la actividad muscular intensa o sostenida requiere de la síntesis de cantidades adicionales de ATP, que deben obtenerse mediante metabolismo oxidativo.
12. 12. Explique el ciclo de calvin indicando aquellas reacciones en las que se requiere ATP y NADH
Reducción de PGA a gliceraldehido 3-fosfato (GAP) utilizando el NADPH y el ATP generado en la fase luminosa.
Primero ocurre un proceso de activación en el cual una molécula de ATP, proveniente de la fase fotoquímica, es usada para la fosforilación del PGA, transformándolo en difosfoglicerato. Esa transferencia de un enlace fosfato permite que una molécula de NADPH+H+ reduzca el PGA, mediante la acción de la enzima gliceraldehido -3-fosfato-deshidrogenasa, para formar gliceraldehido-3-fosfato (PGAL).
Regeneración de RuBP que requiere ATP adicional.
El ciclo continua a lo largo de una serie de reacciones hasta formar ribulosa-fosfato, que mediante el consumo de otra molécula de ATP regenera la ribulosa bifosfato (RuBP) original, dejándola disponible para que el ciclo se repita nuevamente.
13.- Indique por que la enzima RUBISCO puede disminuir la eficiencia del a fotosíntesis.
La función de la RUBISCO tiene actividad como oxigenasa, catalizando la reacción entre la RuBP y el oxigeno para producir fosfoglicolato, se convierte en glicolato en el estroma, luego se transfiere al peroxisoma donde se transforma en glioxilato y posteriormente en glicina. Luego en la mitocondria se dos moléculas de glicina se unen y forman una molécula de serina, perdiendo un carbono en forma de CO2 captada anteriormente por la Rubisco al no estar en contacto con el O2 inhibe la fotorrespiración disminuyendo la eficiencia de la fotosíntesis.
C) Evidencia actividades de aplicación.
1. Elabore un cuadro sinóptico en el que indique paso por paso como la oxidación completa de una molécula de glucosa produce 36 moléculas de ATP.
Clic en la imágen para ampliar el cuadro.
Links de utilidad:
http://www.educa.aragob.es/iescarin/depart/biogeo/varios/BiologiaCurtis/Seccion%202/2%20-%20Capitulo%208.htm
http://www.monografias.com/trabajos36/ionoforos/ionoforos2.shtml
html.rincondelvago.com/hidratos-de-carbono_2.html
2. La energía también se obtiene a partir de moléculas de aminoácidos o grasas. ¿Cuál es la molécula intermediaria que se forma y a partir de la cual se puede iniciar la obtención de energía? ¿En qué vía metabólica se introduce dicho intermediario?
En el ciclo de Krebs se pueden procesar lo aminoácidos y ácidos grasos para formar glicerol (también conocido como glicerina) y ácidos grasos libres.
Los ácidos grasos c unen a una coenzima A produciendo acil-CoA, a expensas de una molécula de ATP. Entonces los ácidos grasos se degradan paso a paso en un proceso oxidativo, dos carbonos cada vez, produciendo acetil-CoA y mas un acil-CoA graso con 2 carbonos menos. Cada ronda de oxidacion también produce una molécula de NADH y otra de FADH2. El acetil-CoA entra al ciclo de Krebs, y el resto de la molécula se degrada del mismo modo. Un ácido graso de 16 carbonos produce 130 ATP’s (desglose: 21 de NADH(3*7), 14 de FADH2(2*7), y 96 del acetil-CoA(8*12)). Los ácidos grasos si que rinden calorías (9 x gr).
3. 3. Si el cloroplasto es el organelo principal para la obtención de energía en la célula vegetal. ¿cuál es la función de las mitocondrias en este tipo de células?
4. Explique por qué si en la fotosíntesis se produce oxígeno, no es recomendable tener plantas en el interior de los dormitorios.
Causan una disminución en el nivel de oxígeno de la habitación, por la noches, y también liberan dióxido de carbono, así que si alguien tiene plantas en su habitación es recomendable que las tenga muy cerca de una ventana que esté abierta y que la planta no sea muy grande. Además, si uno es alérgico a ciertas plantas definitivamente no quiere tenerlas en su habitación.
Elabore un ensayo en el que explique la interacción que existe entre las células vegetales y las células animales, tomando en cuenta sus necesidades de crecimiento (autótrofos o heterótrofos), los sustratos de los que parten para la obtención de la energía (ATP) y los organelos en los que se lleva a cabo la obtención y la transformación de la misma. Considere que un ensayo es una composición personal en la que damos nuestras ideas y punto de vista sobre un tema que nos interesa o que nos es asignado. La estructura de un ensayo incluye la introducción, el desarrollo y la conclusión. La extensión del ensayo será de 3 cuartillas, escritas a doble espacio con letra Arial 12.
La vida gracias a la clorofila.
Ya que las células vegetales son autótrofas (y sumamente abundantes), es decir, que producen su propio alimento en base a sustancias inorgánicas con una vital ayuda de ciertas radiaciones electromagnéticas (680 y 700 nm) y fotones, la gran parte vida en el planeta depende de sus procesos metabólicos, exceptuando a las bacterias quimiosintéticas quienes aprovechan moléculas como el ácido sulfhídrico (H2S, que se puede encontrar en ciertas partes de la llanura abisal siendo exhalado por chimeneas volcánicas) o el hidrógeno gaseoso para convertir moléculas de pocos carbonos (por lo general el dióxido de carbono o el metano) en materia orgánica sin necesidad de luz solar. La clorofila, que hace posible la fotosíntesis (del griego antiguo φοτο (foto) "luz" y σύνθεσις, síntesis, "composición"), es el intermediario por el cual una estrella cercana le da vida a un planeta rocoso.
Está síntesis de moléculas orgánicas mediante la luz solar (fotosíntesis), ocurre dentro de un organelo que quizá en un pasado remoto fue una bacteria independiente; el cloroplasto. Este, está formado por dos membranas de estructura continua que lo delimitan completamente y separadas entre sí por el espacio periplastidal. La membrana externa es muy permeable pero no tanto como la interna, la cual posee proteínas específicas para el transporte selectivo de sustancias. En su cavidad interna, o estroma, el cloroplasto alberga ADN circular y ribosomas del tipo 70s, es allí donde se llevan a cabo las reacciones de fijación del dióxido de carbono. El cloroplasto es quien realiza el ciclo de Calvin-Benson, durante su fase de fijación, la RubisCO cataliza la reacción entre la ribulosa bisfosfato (una pentosa, es decir un azúcar de cinco Carbonos, RuBP) con el CO2, para crear 1 molécula de seis carbonos, la cual al ser inestable termina por separarse en 2 moléculas que contienen 3 átomos de carbono, PGA (Fosfoglicerato). Es de suma importancia saber que la RuBisCO es la proteína más abundante en la naturaleza, lo cual habla de la gran importancia de la vida vegetal en la tierra.
La mitocondria, de la célula animal, también posible resultado de una simbiosis entre una bacteria aerobia y una célula anaerobia más grande que resultó en la célula eucariota, posee también dos membranas y material genético propio, ADN circular semejante al de las bacterias, el cual, tal como lo hace el cloroplasto, lo usa para reproducirse, además realiza la respiración celular en la que consume ácido pirúvico (producto de la glicólisis) desdoblándolo a dióxido de carbono y agua y se generan 36 moléculas de adenoisín trifosfato (ATP), la moneda común de toda célula, el combustible primordial de la vida. Es decir, la mitocondria es la central energética de la célula, es la que realiza la Fosforilación oxidativa.
La mitocondria tiene forma alargada, se encuentra en número variable dentro de las células. Entre las dos membranas queda delimitado un espacio intermembrana está compuesto de un líquido similar al hialoplasma; tienen una alta concentración de protones como resultado del bombeo de los mismos por los complejos enzimáticos de la cadena respiratoria.
La cadena trófica, en la cual fluyen energía y nutrientes, es el que considero el principal vínculo entre mitocondria y cloroplasto, célula animal y vegetal. Productores primarios sostienen a los secundarios, quienes no son capaces de producir su propio alimento.
Abordando el tema de la célula animal, la cual se vale de la mitocondria para la producción de su energía, puede mencionarse un hecho fundamental del ciclo de la vida; las células animales se han estado comiendo a las vegetales desde hace millones de años. Es una especie de guerra entre mitocondrias y cloroplastos, célula animal y célula vegetal. Pero el ciclo estaría incompleto sin decir que la célula vegetal también aprovecha algo de la animal. Hay que considerar que los organismos fotoautótrofos (plantas o algas) requieren por lo general nitrato (NO3–) como forma de ingresar su nitrógeno; los heterótrofos (p. ej. los animales) necesitan el nitrógeno ya reducido, en forma de radicales amino, que es como principalmente se presenta en la materia viva. Gracias a los múltiples procesos que conforman el ciclo, todos los tipos metabólicos de organismos ven satisfecha su necesidad de nitrógeno. El aire está compuesto en un 78% de nitrógeno, pero las plantas (y los animales) no puede tomarlo directamente del aire, cosa que sería bastante favorable para la vida.
En conclusión, puede mencionarse que la responsabilidad de la vida en la tierra recae en un pigmento y una estrella. En base a esto, se obtiene la energía para que se sostenga la cadena alimenticia, la cual requiere de una gran cantidad de autótrofos para mantener a todos los heterótrofos (herbívoros, carnívoros que comen herbívoros). La relación entre cloroplastos (células vegetales) y mitocondrias (células animales) es asimétrica, de dependencia, la célula animal depende de la vegetal y la vegetal podría sobrevivir sin la animal.
2 comentarios:
que es el atp?
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