QUÍMICA BIOLÓGICA Lic. Cs. BIOLÓGICAS Prof. en BIOLOGÍA

Presentación del tema: "QUÍMICA BIOLÓGICA Lic. Cs. BIOLÓGICAS Prof. en BIOLOGÍA"— Transcripción de la presentación:

1 QUÍMICA BIOLÓGICA Lic. Cs. BIOLÓGICAS Prof. en BIOLOGÍA
Lic. BIOTECNOLOGÍA QUÍMICA BIOLÓGICA 2015

2 Blog para el intercambio de información
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

3 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.

4 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.

5 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-.

6 TRANSPORTE ELECTRÓNICO EN MITOCONDRIA FOSFORILACIÓN OXIDATIVA
Repasemos… Conceptos clave Potencial químico Potencial eléctrico Fuerza protón-motriz

7 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

8 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.

9 TRANSPORTE ELECTRÓNICO
EN CLOROPLASTO Y FOTOFOSFORILACIÓN Reacciones luminosas de la Fotosíntesis

10 ¿Qué organismos realizan estas reacciones?

11 Cianobacterias Euglenas Dinoflagelados Diatomeas Algas filamentosas

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

13 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.

14 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.

15 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

16 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 : pares de moléculas, vecinas a un aceptor de electrones

17 ¿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

18 FOTOSISTEMA I FOTOSISTEMA II Clorofilas Centro de Reacción P700
Complejo Fe-S FOTOSISTEMA II Cadena de transporte Electrónico Clorofilas Centro de Reacción P700

19 FOTOSISTEMA I (PSI) - Complejo Antena asociado
Cadena de transporte electrónico Lehninger A. L., 4ª Edic. 2007– Cap 19

20 ¿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

21 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

22 ¿Cómo es el transporte de electrones impulsado por la luz?
Esquema en “Z” Lehninger A. L., 4ª Edic. 2007– Cap 19

23 ATP-SINTASA

24 Flujo de electrones en el FOTOSISTEMA II

25 Flujo de electrones y protones
a través del complejo del Citocromo b6f Lehninger A. L., 4ª Edic. 2007– Cap 19

26 Reducción de plastoquinona
Reacción Ferredoxina - NADP+ oxidorreductasa

27 Distribución de los PSI, PSII, complejo Cit b6f y ATP sintasa
Lehninger A. L., 4ª Edic. 2007– Cap 19

28 ATP SINTASA DEL CLOROPLASTO
Estroma ATP SINTASA DEL CLOROPLASTO CF1 Membrana tilacoide CFo Lumen del tilacoide

29 ¿Cuáles son los resultados del Transporte electrónico Cloroplástico?

30 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

31 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

32 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

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34 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

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

36 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

37 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)