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Lic. Cs. BIOLÓGICAS
Prof. en BIOLOGÍA
Lic. BIOTECNOLOGÍA
QUÍMICA BIOLÓGICA
2015
Blog para el intercambio de información
http://quimicabiologicaunsl.wikispaces.com
Área de Química Biológica - Universidad Nacional de San Luis
Licenciatura en Bioquímica
Farmacia
Biología Molecular
Ingeniería en Alimentos
Analista Biológico
Optativo en plantas
Licenciatura en Nutrición
Licenciatura en Química
Licenciatura en Ciencias Biológicas - Prof. en Biología y Lic. en
Biotecnología
LIC. CS. BIOLÓGICAS – PROF. BIOLOGÍA – LIC. BIOTECNOLOGÍA
QCA. BIOLÓGICA
PROGRAMA ANALITICO Y/O DE EXAMEN
BOLILLA 2:
Transporte electrónico mitocondrial. Fosforilación oxidativa. Mitocondrias.
Cadena respiratoria. Localización. Balance energético. Desacoplantes: proteínas
desacopladoras. Inhibidores. Síntesis de ATP. Hipótesis quimiosmótica.
Translocasas. Regulación de la fosforilación oxidativa. Oxidasa alternativa en
vegetales. Luciferina-luciferasa.
Transporte electrónico cloroplástico. Fotofosforilación y fotosíntesis. Proceso en
plantas superiores. Reacciones luminosas. Captación de la energía luminosa.
Cloroplastos y pigmentos. Transporte electrónico cíclico y no cíclico.
Síntesis de ATP por fotofosforilación.
Similitudes entre fosforilación oxidativa y fotofosforilación.
Concepto unificador de la teoría quimiosmótica.
Otros organismos fotosintetizadores.
Sistema microsomal de transporte electrónico. Formación de compuestos oxígenoreactivo. Radicales libres. Sistemas de protección.
CADENA DE TRANSPORTE ELECTRONICO
MITOCONDRIAL
Repasemos…
• Los componentes de la cadena se encuentran en la
membrana mitocondrial interna.
• Reciben equivalentes de reducción de NADH y
FADH2 producidos en la matriz mitocondrial.
• El aceptor final de electrones es el oxígeno.
• Los componentes se encuentran ordenados en
orden creciente de sus potenciales de reducción.
COMPONENTES DE LA CADENA DE
TRANSPORTE ELECTRONICO MITOCONDRIAL
Repasemos…
• FLAVOPROTEINAS (FMN ó FAD): Transportan 2 e- y 2 H+
• PROTEINAS FERROSULFURADAS: transportan e- (Fe+++ Fe++)
• COENZIMA Q ó UBIQUINONA: Quinona isoprenoide no
proteica. Transporta 1 e- y libera 2 H+ a la matriz.
• CITOCROMOS b, c, c1, a, a3: Proteínas que contienen un
grupo hemo. Transportan solo 1 e-.
TRANSPORTE ELECTRÓNICO EN MITOCONDRIA
FOSFORILACIÓN OXIDATIVA
Repasemos…
Conceptos clave
Potencial químico
Potencial eléctrico
Fuerza protón-motriz
REACCIONES
QUE ACOPLAN EL
FLUJO DE ELECTRONES
A LA SÍNTESIS DE ATP
MITOCONDRIAS
SÍNTESIS DE ATP POR
FOSFORILACIÓN OXIDATIVA
CLOROPLASTOS
SÍNTESIS DE ATP IMPULSADA POR LA LUZ =
FOTO FOSFORILACIÓN
BOLILLA 2
Transporte electrónico cloroplástico
Fotofosforilación
REACCIONES LUMINOSAS
Herramienta
para integración
conceptual
FOTOSÍNTESIS
REACCIONES FIJACIÓN
DEL CARBONO
BOLILLA 5
Biosíntesis de Carbohidratos
Gluconeogénesis.
Metabolismo del glucógeno.
Síntesis fotosintética de glúcidos en plantas
Reacciones de fijación del carbono, ciclo de Calvin.
Fotorrespiración y ruta C4.
Biosíntesis de almidón y sacarosa.
¿Qué organismos realizan estas reacciones?
Cianobacterias
Euglenas
Diatomeas
Dinoflagelados
Algas filamentosas
En las plantas: ¿En qué sitio celular ocurren estas reacciones?
Cloroplasto
Organela subcelular de
organismos eucariotas
fotosintéticos
¿En qué sitio celular ocurren estas reacciones?
Micrografía electrónica de transmisión
Tilacoides: sistema de membranas –
Asiento de las Reacciones Luminosas
Grana: pilas de tilacoides
Estroma: medio acuoso, contenido por
la membrana interna
Lehninger A. L., 4ª Edic. 2007– Cap. 19.
¿Qué moléculas absorben la luz en las plantas?
Pigmentos
fotosintéticos
Pigmentos
Primarios
Clorofilas a y b
Pigmentos
Accesorios
b-Caroteno
Xantofila
Lehninger A. L., 4ª Edic. 2007– Cap. 19.
¿Cómo es la energía radiante
captada por las plantas?
Fotopigmentos
Espectros de absorción
Lehninger A. L., 4ª Edic.
2007– Cap 19
¿Cómo están organizados los pigmentos
que captan la luz?
Fotosistemas
Conjuntos funcionales donde se ordenan los pigmentos
en la membrana tilacoide
Está asociados a proteínas específicas:
Complejos de captación de la luz (LHC, light harvesting complexes)
Capturan energía luminosa y en parte la convierte en energía química
Moléculas “Antena”
Captura energía
luminosa
Transmite la energía al
Centro Reacción
Fotoquímico (CRF) (CR)
• Clorofilas a y b Ej: 200 moléculas
Centro de Reacción
Fotoquímica
(CRF) (CR)
Clorofilas a : 1 - 2 pares de
moléculas, vecinas a un aceptor
de electrones
Transduce energía
luminosa en química
• Pigmentos Accesorios: carotenoides
Ej: 50 moléculas
¿Qué Fotosistemas se
conocen en las plantas?
Dos Fosistemas
que actúan en serie
Fotosistema I (PS I)
- Absorbe luz de hasta 700 nm
- Centro de Reacción: P 700
Fotosistema II (PS II) (P 680)
- Absorbe luz de hasta 680 nm
- Centro de Reacción: P 680
FOTOSISTEMA I
Complejo
Fe-S
Clorofilas
FOTOSISTEMA II
Cadena de
transporte
Electrónico
Centro de Reacción P700
FOTOSISTEMA I (PSI) - Complejo Antena asociado
Cadena de transporte electrónico
Lehninger A. L., 4ª Edic.
2007– Cap 19
¿Cómo se transfiere la
energía de excitación
en un Fotosistema?
a) Moléculas Antena:
Transferencia de
resonancia
b) Centro de Reacción
Fotoquímico:
Transferencia electrónica
Estado
excitado
Fotón
Estado basal
Electrones
a)
Moléculas
Moléculas
Estado
excitado
Fotón
Estado
basal
Mathews Ch, Van Holde K, Ahern K,
3ª. Edic. 2002, Cap. 17
b)
Moléculas
Moléculas
Centro de Reacción:
Transferencia electrónica
Fotón
Clorofila del
Centro de
Reacción
Transferencia
electrónica
Aceptor
electrónico
Moléculas de
Pigmento antena
Transferencia de
energía de
resonancia
Complejo Antena:
Transferencia de energía de resonancia
Mathews Ch, Van Holde K, Ahern K,
3ª. Edic. 2002, Cap. 17
¿Cómo es el transporte
de electrones
impulsado por la luz?
Esquema en “Z”
Lehninger A. L., 4ª Edic.
2007– Cap 19
ATP-SINTASA
Flujo de electrones en
el FOTOSISTEMA II
Flujo de electrones y protones
a través del complejo
del Citocromo b6f
Lehninger A. L., 4ª Edic.
2007– Cap 19
Reducción de plastoquinona
Reacción Ferredoxina - NADP+ oxidorreductasa
Distribución de los PSI, PSII, complejo Cit b6f y ATP sintasa
Lehninger A. L., 4ª Edic.
2007– Cap 19
Estroma
ATP SINTASA
DEL
CLOROPLASTO
CF1
Membrana tilacoide
CFo
Lumen del tilacoide
¿Cuáles son los resultados del
Transporte electrónico Cloroplástico?
COMPLEJO ATP sintasa del Cloroplasto
• CF1 : 9 subunidades: a3 b3
g d e y 3 sitios catalíticos
CF1
• CFo: Proteína integral ,
canal transmembrana
para protones con 3
subunidades: a, b2 y c12
• Esta enzima es la que
transforma la energía
cinética del ATP en
energía química.
Estroma
CFo
Fotón
Estroma
Cit b6f
PS I
(P 680)
Fotón
PS II
(P 700)
Lumen del tilacoide
Membrana tilacoide
Estroma
Reacciones Luminosas en el tilacoide
Fotofosforilación
Mathews Ch, Van Holde K, Ahern K,
3ª. Edic. 2002, Cap. 17
¿Cómo se sintetiza ATP acopladamente a un transporte de electrones ?
Principio unificador
Teoría Quimiosmótica
.Los electrones (NADH, sustratos oxidables) pasan por una cadena de transportadores
.Los transportadores de electrones se encuentran distribuidos en una membrana interna
.El flujo de electrones se acompaña de transferencia de protones a través de la membrana
.Se produce un gradiente químico (DpH) y eléctrico
.La membrana interna es impermeable a los protones (H+)
.Los H+ se acumulan en un espacio
. Los H+ sólo pueden regresar al lugar de origen a través de canales de H+ (Fo, CFo)
.La fuerza que impulsa el retorno de los H+ (protón – motriz) proporciona energía
para la síntesis de ATP
.El complejo ATP sintasa (Fo-F1; CFo-CF1) cataliza la síntesis de ATP
JUSTIFICA: SÍNTESIS DE ATP
MITOCONDRIAL Y CLOROPLÁSTICA
¿Se puede generar ATP sin formarse NAPH?
Protones
desde
el estroma
Fotón
Protones
liberados
a la luz del
tilacoide
FOTOSISTEMA I
Mathews Ch, Van Holde K, Ahern K,
3ª. Edic. 2002, Cap. 17
Flujo electrónico cíclico
¿En qué se asemeja el flujo de electrones
fotosintético y respiratorio?
REACCIONES
DE LA FOTOSÍNTESIS
SOL
REACCIONES LUMINOSAS Y
FOTOFOSFORILACIÓN
NADP+
ADP + Pi
NADPH
ATP
REACCIONES DE FIJACIÓN
DEL CARBONO
Glúcidos
CO2
BIBLIOGRAFÍA
• “Química Biológica”-Lehninger A. L., Cap. 19, 4ª Edic. (2007)
• “Bioquímica” - Mathews Ch., Van Holde K.E., Ahern K. Cap 17:
665 – 699, 3ra Edic., Pearson Educ. S.A. (2002)
• “Fisiología Vegetal” – Taiz L., Zeiger E., Vol I , Cap 7,
3ra Edic., (2006)