QUÍMICA BIOLÓGICA 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

PROGRAMA ANALITICO Y/O DE EXAMEN 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 oxígeno-reactivo. 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

FOSFORILACIÓN OXIDATIVA SÍNTESIS DE ATP IMPULSADA POR LA LUZ = 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

Transporte electrónico cloroplástico Biosíntesis de Carbohidratos BOLILLA 2 Transporte electrónico cloroplástico Fotofosforilación Herramienta para integración conceptual REACCIONES LUMINOSAS 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.

TRANSPORTE ELECTRÓNICO EN CLOROPLASTO Y FOTOFOSFORILACIÓN Reacciones luminosas de la Fotosíntesis

¿Qué organismos realizan estas reacciones?

Cianobacterias Euglenas Dinoflagelados Diatomeas Algas filamentosas

Organela subcelular de organismos eucariotas fotosintéticos En las plantas: ¿En qué sitio celular ocurren estas reacciones? Cloroplasto Organela subcelular de organismos eucariotas fotosintéticos

Lehninger A. L., 4ª Edic. 2007– Cap. 19. ¿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.

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.

Fotopigmentos Espectros de absorción ¿Cómo es la energía radiante captada por las plantas? Fotopigmentos Espectros de absorción Lehninger A. L., 4ª Edic. 2007– Cap 19

Fotosistemas ¿Cómo están organizados los pigmentos que captan la luz? 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 Pigmentos Accesorios: carotenoides Ej: 50 moléculas Centro de Reacción Fotoquímica (CRF) (CR) Transduce energía luminosa en química 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 I FOTOSISTEMA II Clorofilas Centro de Reacción P700 Complejo Fe-S FOTOSISTEMA II Cadena de transporte Electrónico Clorofilas 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 Estado excitado ¿Cómo se transfiere la energía de excitación en un Fotosistema? a) Moléculas Antena: Transferencia de resonancia b) Centro de Reacción Fotoquímico: Transferencia electrónica Fotón Estado basal Electrones Moléculas Moléculas Estado excitado Fotón Estado basal Mathews Ch, Van Holde K, Ahern K, 3ª. Edic. 2002, Cap. 17 b) Moléculas Moléculas

Transferencia electrónica Transferencia de energía de resonancia Centro de Reacción: Transferencia electrónica Clorofila del Centro de Reacción Fotón Transferencia electrónica Aceptor electrónico Transferencia de energía de resonancia Moléculas de Pigmento antena 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

ATP SINTASA DEL CLOROPLASTO 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 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 CFo Estroma

Reacciones Luminosas en el tilacoide Fotofosforilación Fotón Estroma Fotón Cit b6f PS I (P 680) 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

JUSTIFICA: SÍNTESIS DE ATP MITOCONDRIAL Y CLOROPLÁSTICA ¿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

Flujo electrónico cíclico ¿Se puede generar ATP sin formarse NAPH? Protones desde el estroma Fotón Protones liberados a la luz del tilacoide FOTOSISTEMA I Flujo electrónico cíclico Mathews Ch, Van Holde K, Ahern K, 3ª. Edic. 2002, Cap. 17

¿En qué se asemeja el flujo de electrones fotosintético y respiratorio?

REACCIONES LUMINOSAS Y REACCIONES DE FIJACIÓN SOL REACCIONES DE LA FOTOSÍNTESIS REACCIONES LUMINOSAS Y FOTOFOSFORILACIÓN NADP+ ADP + Pi NADPH ATP REACCIONES DE FIJACIÓN DEL CARBONO CO2 Glúcidos

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)