QUÍMICA BIOLÓGICAQUÍMICA BIOLÓGICA

Lic. Cs. BIOLÓGICASLic. Cs. BIOLÓGICAS

Prof. en BIOLOGÍAProf. en BIOLOGÍA

Lic. BIOTECNOLOGÍALic. BIOTECNOLOGÍA

2015

http://quimicabiologicaunsl.wikispaces.com

Área de Química Biológica - Universidad Nacional de San Luis

Blog para el intercambio de información Blog para el intercambio de información

Licenciatura en BioquímicaFarmaciaBiología MolecularIngeniería en AlimentosAnalista BiológicoOptativo en plantasLicenciatura en NutriciónLicenciatura en QuímicaLicenciatura en Ciencias Biológicas - Prof. en Biología y Lic. en Biotecnología

LIC. CS. BIOLÓGICAS – PROF. BIOLOGÍA – LIC. BIOTECNOLOGÍALIC. CS. BIOLÓGICAS – PROF. BIOLOGÍA – LIC. BIOTECNOLOGÍA QCA. BIOLÓGICA 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 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)