Cloroplastos y Fotosíntesis

Transcripción

1 Cloroplastos y Fotosíntesis Víctor Hugo Casco 2012 Labor Improbus Omnia Vincit (El Trabajo Tenaz Todo lo Puede)

2 Funciones Los plástidos son los sitios donde se produce la fotosíntesis, allí se depositan los materiales de reserva Las plantas han explotado sus plástidos en la compartmentalización celular del metabolismo intermediario. Los plástidos producen energía y poder reductor (como ATP y NADPH) que es usado por las plantas en reacciones biosintéticas. Síntesis de purinas y pirimidinas, la mayoría de los amino ácidos y ácidos grasos

3 Célula vegetal y cloroplastos espacio de aire grana núcleo vacuola pared celular almidón citosol cloroplasto mitocondria pared celular grana tilacoide vacuola lípido

4 Cloroplastos Membrana conteniendo clorofila Membrana externa Membrana interna Pared celular vacuola

5 Estructura de los cloroplastos

6 Generación quimiosmótica de ATP en mitocondrias y cloroplastos Membrana Interna Espacio intermembrana Matriz mitocondrial Tilacoides Lúmen del Tilacoide Estroma

7 El origen de los cloroplastos Célula eucariótica primitiva Célula eucariótica fotosintética Primitiva Cloroplastos Bacteria fotosintética Anabaena

8 Anabaena azolla

9 Genes codificados por el ADN del Cloroplasto Repeticiones invertidas Conteniendo los genes del ARN ribosomal Longitud total del genoma pb Subunidad mayor de la rubisco Genes del ARNts Genes de las proteínas ribosomales Genes del fotosistema I Genes del fotosistema II Genes de la ATP sintetasa Genes del complejo bf Genes de la ARN polimerasa Genes para el complejo de NADH deshidrogenasa

10 Genes codificados por el ADN del Cloroplasto Función Genes del aparato genético ARNrs (23S; 16S; 5S; 4,5S) ARNts Proteínas ribosomales Subunidades de la ARN polimerasa Genes para la Fotosíntesis Fotosistema I Fotosistema II Complejo Citocromo bf ATP sintetasa Ribulosa bifosfato carboxilasa N de genes Los análisis de secuencia indican que los genomas de los cloroplastos contienen cerca de 30 genes además de los listados aquí. Algunos de estos genes codifican proteínas involucradas en la respiración pero la mayoría aún deben ser identificadas

11 Péptido de tránsito Citosol Importación de proteínas hacia el estroma del cloroplasto MCE EI MCI Clivaje Proteína plegada Estroma

12 Secuencia señal hidrofóbica Péptido de transito Citosol Hsp70 Toc MCE Importación de proteínas hacia el lúmen del tilacoides Tic Clivaje EI MCI Estroma Secuencia señal hidrofóbica direccionada hacia la membrana del tilacoides M. del Tilacoides Proteína plegada Lúmen del Tilacoides

13 El desarrollo de los cloroplastos Proplastídio Membrana externa Membrana interna Etioplasto Membrana Tubular interna Cloroplasto Membrana tilacoides

14 Amiloplastos Granos de almidón

15 Generación de energía metabólica Glucólisis Glucosa Ácido Láctico Genera Fotosíntesis Glucosa Metabolismo Oxidativo Genera

16 Las reacciones lumínicas de la fotosíntesis Luz Cadena Transportadora de electrones

17 Clorofila Clorofila b Clorofila a

18 Absorción de la clorofila a Coeficiente de extinción M -1 cm -1 Longitud de onda (nm)

19 Espectro de absorción de los pigmentos en plantas comunes

20 Por qué las vemos verdes?

21 Energía libre Flujo lineal de electrones Fotosistema I Fotosistema II Gradiente protónico Poder reductor Luz

22 Organización de un fotocentro fotón Transferencia de energía por resonancia Centro de reacción clorofílico Pigmentos antena feofitina a la membrana Centro de reacción fotosintético

23 Transporte de electrones y síntesis de ATP durante la fotosíntesis Estroma Fotón Fotón ATP sintetasa NADP reductasa Lúmen del tilacoides

24 El flujo cíclico de Electrones Estroma Fotón Lúmen del tilacoides

25 6 moléculas 12 moléculas Ribulosa 1,5-bifosfato 3-fosfoglicerato Ciclo de Calvin 1,3-bifosfoglicerato 6 moléculas Ribulosa 5-fosfato 12 moléculas 10 moléculas Gliceraldehido 3-fosfato 2 moléculas 1 Glucosa

26 Peroxisomas Peroxisomas

27 Peroxisomas y Glioxisomas Vacuola Peroxisoma mitocondria Cloroplasto Glioxisomas Gotas lipídicas

28 Peroxisomas Están presentes en todas las células eucarióticas siendo especialmente abundantes en riñón e hígado de mamíferos, en algas y células fotosintéticas y en las semillas oleosas en germinación La característica definitoria es la presencia de catalasa una enzima responsable de la degradación del H 2 O 2 Este se forma por las enzimas oxidasas, que junto a las catalasas están confinadas a los peroxisomas

29 Funciones conocidas Metabolismo del H 2 O 2 Destoxificación de compuestos nocivos Oxidación de ácidos grasos Metabolismos de compuestos nitrogenados Catabolismo de substancias infrecuentes

30 Metabolismo del H 2 O 2 Substratos oxidables Ácidos grasos Ácido úrico Aminoácidos Oxidasas Modo peroxidasa RH 2 + O 2 R + H 2 O 2 Catalasa Modo catalítico R H 2 + H 2 O 2 R + 2 H 2 O 2 H 2 O 2 2 H 2 O + O 2

31 Destoxificación de compuestos nocivos En su modo peroxidante, la catalasa utiliza diversos substratos como donantes de electrones tales como etanol, ácido fórmico, formaldehído, nitritos y fenoles Por ej. 25% del etanol consumido R H 2 + H 2 O 2 R + 2 H 2 O

32 Oxidación de ácidos grasos en los peroxisomas (oxidación ) Catalasa Catalasa Animales: Mitocondrias y Peroxisomas Vegetales y levaduras: Sólo en peroxisomas

33 Plasmalógeno

34 El ciclo del glioxato Ácidos grasos Glucosa Acetil CoA CoA SH Glioxisomas Oxaloacetato Citrato Malato Isocitrato Fumarato Succinato -cetoglutarato Succinil CoA

35 El rol de los peroxisomas en la fotorespiración 3-fosfoglicerato + + fosfoglicolato Ciclo de de Calvin Ribulosa 1,5-bifosfato 2,3-bifosfoglicerato Glicolato Glicolato Glicerato Glioxilato Serina Glicina Serina Glicina

36 Ensamble de peroxisomas Proteína sintetizada en ribosomas libres Importación a peroxisomas Formación de dos nuevos peroxisomas por división Crecimiento de los peroxisomas