QUÍMICA BIOLÓGICAQUÍMICA BIOLÓGICA
Lic. Cs. BIOLÓGICASLic. Cs. BIOLÓGICAS
Prof. en BIOLOGÍAProf. en BIOLOGÍA
Lic. BIOTECNOLOGÍALic. BIOTECNOLOGÍA
2015
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Área de Química Biológica - Universidad Nacional de San Luis
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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 oxígeno-reactivo. Radicales libres. Sistemas de protección.
CADENA DE TRANSPORTE ELECTRONICOMITOCONDRIAL
• 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.
RepasemosRepasemos……
COMPONENTES DE LA CADENA DE TRANSPORTE ELECTRONICO MITOCONDRIAL
• 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-.
RepasemosRepasemos……
RepasemosRepasemos……
TRANSPORTE ELECTRÓNICO EN MITOCONDRIAFOSFORILACIÓN OXIDATIVA
Conceptos claveConceptos clavePotencial químicoPotencial químicoPotencial eléctricoPotencial eléctricoFuerza protón-motrizFuerza protón-motriz
MITOCONDRIAS MITOCONDRIAS SÍNTESIS DE ATP POR
FOSFORILACIÓN OXIDATIVA
REACCIONES REACCIONES QUE ACOPLAN EL QUE ACOPLAN EL
FLUJO DE ELECTRONESFLUJO DE ELECTRONES
A LA SÍNTESIS DE ATP A LA SÍNTESIS DE ATP
CLOROPLASTOSCLOROPLASTOSSÍNTESIS DE ATP IMPULSADA POR LA LUZ =
FOTO FOSFORILACIÓN
BOLILLA 2Transporte electrónico cloroplástico
Fotofosforilación
FOTOSÍNTESISFOTOSÍNTESIS
BOLILLA 5
Biosíntesis de CarbohidratosGluconeogénesis.
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.
HerramientaHerramientapara integraciónpara integración
conceptualconceptual
REACCIONES LUMINOSAS
REACCIONES FIJACIÓN DEL CARBONO
¿Qué organismos realizan estas reacciones?
Algas filamentosas
Cianobacterias
Diatomeas
Euglenas Dinoflagelados
En las plantas: ¿En qué sitio celular ocurren estas reacciones?En las plantas: ¿En qué sitio celular ocurren estas reacciones?
CloroplastoCloroplasto
Organela subcelular dede organismos eucariotas organismos eucariotas
fotosintéticosfotosintéticos
¿En qué sitio celular ocurren estas reacciones?¿En qué sitio celular ocurren estas reacciones?
Lehninger A. L., 4ª Edic. 2007– Cap. 19.
Micrografía electrónica de transmisiónMicrografía electrónica de transmisión
TilacoidesTilacoides: sistema de membranas – Asiento de las Reacciones LuminosasReacciones Luminosas
GranaGrana: pilas de tilacoides
EstromaEstroma: medio acuoso, contenido por la membrana interna
Pigmentos Pigmentos fotosintéticosfotosintéticos
PigmentosPrimariosClorofilas a y bClorofilas a y b
Pigmentos Accesorios-Caroteno-Caroteno
XantofilaXantofila
¿Qué moléculas absorben la luz en las plantas?¿Qué moléculas absorben la luz en las plantas?
Lehninger A. L., 4ª Edic. 2007– Cap. 19.
FotopigmentosFotopigmentosEspectros de absorción
Lehninger A. L., 4ª Edic. 2007– Cap 19
¿Cómo es la energía radiante ¿Cómo es la energía radiante captada por las plantas? captada por las plantas?
¿Cómo están organizados los pigmentos que captan la luz?
Moléculas “Antena”Captura energía luminosaTransmite la energía al Centro Reacción Fotoquímico (CRF) (CR)
Centro de Reacción Fotoquímica
(CRF) (CR)Transduce energía luminosa en química
FotosistemasFotosistemasConjuntos 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
• Clorofilas a y b Ej: 200 moléculas
• Pigmentos Accesorios: carotenoides Ej: 50 moléculas
Clorofilas a : 1 - 2 pares de moléculas, vecinas a un aceptor de electrones
¿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 IIFOTOSISTEMA II
FOTOSISTEMA IFOTOSISTEMA I
ComplejoFe-S
Clo
rofi
las
Centro de Reacción P700
Cadena de transporteElectrónico
FOTOSISTEMA I (PSI) - Complejo Antena asociadoFOTOSISTEMA I (PSI) - Complejo Antena asociadoCadena de transporte electrónicoCadena de transporte electrónico
Lehninger A. L., 4ª Edic. 2007– Cap 19
¿Cómo se transfiere la ¿Cómo se transfiere la energía de excitación energía de excitación en un Fotosistema? en un Fotosistema?
a) Moléculas Antena:Moléculas Antena:Transferencia deresonancia
b) Centro de Reacción Centro de Reacción Fotoquímico:Fotoquímico:
Transferencia electrónica
Estado excitado
Estado excitado
Estado basal
Electrones
Estado basal
Fotón
Fotón
a) Moléculas Moléculas
b) Moléculas Moléculas
Mathews Ch, Van Holde K, Ahern K, 3ª. Edic. 2002, Cap. 17
Complejo Antena:Complejo Antena:Transferencia de Transferencia de energía de resonancia energía de resonancia
FotónClorofila del
Centro de Reacción
Transferenciaelectrónica
Transferencia de energía deresonancia
Moléculas de Pigmento antena
Aceptorelectrónico
Mathews Ch, Van Holde K, Ahern K, 3ª. Edic. 2002, Cap. 17
Centro de Reacción:Centro de Reacción:Transferencia Transferencia electrónicaelectrónica
¿Cómo es el transporte ¿Cómo es el transporte de electrones de electrones
impulsado por la luz?impulsado por la luz?Esquema en “ZEsquema en “Z”
Lehninger A. L., 4ª Edic. 2007– Cap 19
ATP-SINTASA
Flujo de electrones en Flujo de electrones en el FOTOSISTEMA el FOTOSISTEMA IIII
Flujo de electrones y protonesFlujo de electrones y protonesa través del complejo a través del complejo
del Citocromo b6fdel Citocromo b6f
Lehninger A. L., 4ª Edic. 2007– Cap 19
Reacción Ferredoxina - NADP+ oxidorreductasa
Reducción de plastoquinona
Distribución de los PSI, PSII, complejo Cit b6f y ATP sintasaDistribución de los PSI, PSII, complejo Cit b6f y ATP sintasa
Lehninger A. L., 4ª Edic. 2007– Cap 19
ATP SINTASA ATP SINTASA DELDEL
CLOROPLASTOCLOROPLASTO
Estroma
Lumen del tilacoide
Membrana tilacoide
CFo
CF1
¿Cuáles son los resultados del ¿Cuáles son los resultados del Transporte electrónico Cloroplástico?Transporte electrónico Cloroplástico?
COMPLEJO ATP sintasa del Cloroplasto
• CF1 : 9 subunidades: 3 3
ysitios catalíticos
• 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.
CF1
CFoEstroma
Reacciones Luminosas en el tilacoide Reacciones Luminosas en el tilacoide
FotofosforilaciónFotofosforilación
FotónFotónEstroma
Estroma
Lumen del tilacoide
Membrana tilacoide
Mathews Ch, Van Holde K, Ahern K, 3ª. Edic. 2002, Cap. 17
Cit b6fPS I(P 680)
PS II(P 700)
¿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 (pH) 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
JUSTIFICAJUSTIFICA: SÍNTESIS DE ATP MITOCONDRIAL Y CLOROPLÁSTICA
Flujo electrónico cíclicoFlujo electrónico cíclico
Protones desde el estroma
Protones liberados a la luz del tilacoide
Fotón
FOTOSISTEMA I
¿Se puede generar ATP sin formarse NAPH?¿Se puede generar ATP sin formarse NAPH?
Mathews Ch, Van Holde K, Ahern K, 3ª. Edic. 2002, Cap. 17
¿En qué se asemeja el flujo de electrones ¿En qué se asemeja el flujo de electrones fotosintético y respiratorio?fotosintético y respiratorio?
SOL
REACCIONES LUMINOSAS YREACCIONES LUMINOSAS YFOTOFOSFORILACIÓNFOTOFOSFORILACIÓN
REACCIONES DE FIJACIÓN REACCIONES DE FIJACIÓN DEL CARBONODEL CARBONO
NADPHNADPHATPATP
NADPNADP++
ADP + PiADP + Pi
COCO22GlúcidosGlúcidos
REACCIONES REACCIONES DE LA FOTOSÍNTESISDE LA FOTOSÍNTESIS
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)
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