Anabolismo autotrofo

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Centre d’Estudis Tècnics Universitaris del Clot c. dels Almogàvers 68 08018 Barcelona Tel: 93 300 98 79 www.cetuc.cat 
TEMA 16. ANABOLISMO AUTÓTROFO 
El anabolismo autótrofo comprende los procesos relacionados con la síntesis de materia orgánica a partir de 
materia inorgánica gracias a la energía de la luz (fotosíntesis) o por las reacciones de oxidación 
(quimiosíntesis). La fotosíntesis la realizan todos los vegetales, algas, fitoplancton y algunas bacterias, 
mientras que la quimiosíntesis sólo la realizan determinadas bacterias. 
La materia orgánica está formada principalmente por C, H, O y N. Estos elementos son incorporados a la 
materia orgánica a partir de moléculas inorgánicas gracias a los organismos autótrofos. El carbono proviene 
del CO2 atmosférico, el nitrógeno de sales minerales que se encuentran en el suelo y en el agua como los 
nitratos (NO3
-) y el hidrógeno y el oxígeno proviene del H2O. 
 
1. LA FOTOSÍNTESIS 
La fotosíntesis es el proceso metabólico o de nutrición por el cual los vegetales, algas, fitoplancton o 
determinadas bacterias sintetizan materia orgánica (azúcares y otras sustancias orgánicas) a partir de dióxido 
de carbono (CO2) y agua (H2O). Normalmente el proceso conlleva la liberación de oxígeno (fotosíntesis 
oxigénica), pero también se puede llevar a cabo por parte de algunas bacterias que no liberan oxígeno 
(fotosíntesis anoxigénica). 
La fotosíntesis se lleva a cabo dentro de los cloroplastos de las células vegetales o en la membrana 
citoplasmática de las bacterias fotosintéticas. En el proceso intervienen unos complejos proteicos, capaces 
de captar la energía luminosa que se llaman fotosistemas. 
 
1.1. LOS FOTOSISTEMAS 
Son proteínas especializadas que contienen pigmentos fotosintéticos cuya función es captar la energía 
luminosa para que sea transformada en energía química contenida en los enlaces de las biomoléculas. 
Existen diferentes tipos de pigmentos fotosintéticos, que se diferencian en la longitud de onda de 
absorción de la luz. Según la longitud de onda que absorben reflejan distinto color. Por ejemplo la 
clorofila refleja el color verde, los carotenos reflejan el color naranja y las xantofilas reflejan el color 
amarillo. 
Los fotosistemas están formados por un complejo antena y un centro de reacción: 
 Complejo antena: Está formado por 200-300 clorofilas que 
captan la energía luminosa y la hacen circular hasta el centro 
de reacción. 
 
 Centro de reacción: Está formado por dos clorofilas centrales 
que reciben la energía que proviene del complejo antena. Este 
hecho provoca la liberación de dos electrones hacia una 
cadena de transporte de electrones, dejando al fotosistema 
con carga positiva. 
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1.2. FASES DE LA FOTOSÍNTESIS 
La reacción global de la fotosíntesis es la siguiente: 
 
 
Esta reacción ocurre en dos fases: 
1.2.1. FASE LUMINOSA 
Es la fase dependiente de la luz que se lleva a cabo en la membrana tilacoidal de los cloroplastos. 
También se llama fotofosforilación, porque se llevará a cabo la reacción de fosforilación (producción 
de ATP) gracias a la luz. 
 
 
 
 
 
 
 
 
En la membrana tilacoidal se encuentran distintas proteínas (los fotosistemas, las que participan en el 
transporte de los electrones, la NADP reductasa y la ATP sintetasa). Tanto en fotosistema I como el 
fotosistema II pierden dos electrones cuando sus clorofilas son activadas por los fotones (luz), quedando 
con dos cargas positivas. Al quedar con carga positiva son inestables, por lo que deben recuperar dos 
electrones. 
Los electrones del fotosistema II inician su transporte a través de varias proteínas hasta el fotosistema I, 
que recupera de esta manera la carga. Los electrones del fotosistema I son utilizados por la NADP 
reductasa para reducir al NADP, que se convierte en NADPH. 
El fotosistema II recupera su carga gracias a la fotólisis del agua (rotura del agua por acción de la luz). Al 
romperse el agua se liberan dos electrones y dos protones (H+). Los electrones son cedidos al 
fotosistema II para que recupere su carga, los protones quedan en el lumen (interior del tilacoide) y el 
agua se transforma en oxígeno. 
Además gracias al flujo de los electrones a través de las proteínas, igual que sucede en la cadena 
respiratoria, se bombean protones al interior del tilacoide generando un potencial eléctrico que es 
aprovechado por la ATP sintetasa para generar ATP. 
6CO2 + 6H2O + Energía luminosa Glucosa (C6H12O6) + 6O2 
 
H 
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Resumen de la fase luminosa: Gracias a la acción de la luz se obtiene NADPH y ATP. Además durante el 
proceso se da la fotólisis del agua que hace que se desprenda oxígeno. 
 
 
 
Balance: 
 
 
 
1.2.2. FASE OSCURA 
Se realiza sin la presencia de luz en el estroma de los cloroplastos. También se llama ciclo de Calvin. 
Es la fase anabólica, en la que se genera glucosa gracias a la fijación del CO2 atmosférico y la utilización 
del NADPH y ATP generado en la fase luminosa. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Durante el ciclo de Calvin, se distinguen 3 fases: 
 Fase de carboxilación: el CO2 es incorporado a la ribulosa 1-5 difosfato por acción de la enzima 
rubisco para dar ácido 3-fosfoglicérico. 
 
 Fase de reducción: el ácido 3-fosfoglicérico por acción del NADPH y el ATP es reducido a 
gliceraldehído 3-fosfato. 
 
Se necesita H2O y luz 
Se obtiene NADPH, ATP y O2 
Ácido 3-fosfoglicérico 
Gliceraldehído 3-fosfato 
Ribulosa 1-5 difosfato 
12 H2O + 12 NADP
+ + 18 ADP +18Pi 6 O2 + 12NADPH + 18ATP 
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 Fase de recuperación: parte del gliceraldehído 3-fosfato es convertido de nuevo en ribulosa 1-5 
difosfato. 
Del ciclo salen moléculas de gliceraldehído 3-fosfato, que a partir de varias reacciones se convierte en 
distintas biomoléculas como por ejemplo la glucosa. 
 
 
 
Balance: 
 
 
 
2. FACTORES QUE MODIFICAN LA ACTIVIDAD FOTOSINTÉTICA 
 
 Intensidad luminosa: a más intensidad luminosa, más actividad fotosintética (hasta cierto límite) ya 
que se activará más la fase luminosa de la fotosíntesis. 
 
 Tiempo de iluminación: a más tiempo de iluminación, más actividad fotosintética ya que se activará 
durante más tiempo la fase luminosa de la fotosíntesis. 
 
 Color de la luz: cada pigmento fotosintético absorbe mejor una longitud de onda de luz determinada, 
por lo que cada vegetal funcionará mejor o peor en función de los pigmentos que tenga y del color 
de la luz. 
 
 Disponibilidad de agua: si no se dispone de agua no se podrá hacer la fase luminosa de la 
fotosíntesis. 
 
 Temperatura: puede influir en la actividad de las proteínas que intervienen tanto en la fase luminosa 
como en la fase oscura. 
 
 Concentración de CO2: a más concentración de CO2 más ciclo de Calvin podrá realizar y por tanto 
más actividad fotosintética tendrá (hasta cierto límite). 
 
3. FOTOSÍNTESIS ANOXIGÉNICA 
La fotosíntesis anoxigénica recibe este nombre porque no libera oxígeno. Por lo que en este caso el 
agua no actuará como dadorade electrones en la fase luminosa, sino que lo hará el H2 (hidrógeno 
molecular) o el H2S (ácido sulfhídrico). 
Se necesita NADPH, ATP y CO2 
Se obtiene Glucosa 
12NADPH + 18ATP + 6CO2 Glucosa + 12 NADP
+ + 18 ADP +18Pi + 6H2O 
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Es un proceso cíclico por el que se genera ATP directamente. 
Es propio de las bacterias anoxigénicas (bacterias verdes y púrpuras). Estas bacterias cuentan con un 
único fotosistema y tienen pigmentos fotosintéticos propios como la bacterioclorofila. 
 
4. QUIMIOSÍNTESIS 
La quimiosíntesis comprende dos fases: 
 Fase oxidativa: es una fase similar a la fase luminosa de la fotosíntesis en la que se oxidan 
compuestos inorgánicos obteniéndose ATP y poder reductor. 
 
 Fase biosintética: es una fase similar a la fase oscura de la fotosíntesis en la que utiliza el ATP y 
el poder reductor obtenido en la fase anterior para reducir compuestos inorgánicos (CO2, NO3
-, 
SO2-4) y obtener compuestos orgánicos. 
 
Los organismos que hacen este proceso son bacterias aerobias quimioautótrofas. Se clasifican en 
función del sustrato que utilizan: 
 Bacterias incoloras del azufre: utilizan H2S procedente de la descomposición de la materia 
orgánica. 
 Bacterias del nitrógeno: oxidan compuestos reducidos de nitrógeno como el amoniaco (NH3) 
que lo transforman en nitratos (NO3
-) que pueden ser utilizados por los vegetales. 
 Bacterias del hierro: oxidan compuestos ferrosos a férricos. 
 Bacterias del hidrógeno: en determinadas circunstancias producen agua a partir de hidrógeno 
molecular (H2).