Transporte de electrones ���� Traslocación de protones

Lado P (++++)

Lado N (----)

Transporte de electrones ���� Traslocación de protones

2 fotones/e-

(1 por cada PS)

2H2O + 2NADP+ +

8 fotones

O2 + 2NADPH +

2H+

Fotosíntesis linealPor cada O2 generado

� Traslocación de 11H+

4H+

4H+

2H+

2H+

6H+

1H+

Estroma

� Traslocación de 11H+

4H+

2

8H+ 2H+

Lumen del tilacoide

3,7 ATP

Fotosíntesis cíclica(2 fotones ���� 2 e-)

Traslocación de 4H+

1,3 ATP

(5,3 ATP / 8 fotones)

1 foton/e-

(PSI)

Hipótesis Quimio-osmótica

I. Experimentos de medición de potenciales de membrana y observación delefecto del uso de agentes desacoplantes de la cadena de transporte deelectrones.

II. Postulados:

1960s: Generación de ATP � Fosforilación a nivel de sustrato5

¿Cuál es el metabolito intermediario rico en energía en la

mitocondria?

Hipótesis: un gradiente de concentración de protones sirve

como reservorio de energía para dirigir la formación de ATP.

II. Postulados:

1) Una membrana mitocondrial intacta es un requerimiento absoluto para el acoplamiento entre el gradiente de protones y la generación de ATP. La membrana debe ser impermeable a los solutos cargados. Transportadores específicos permiten su paso a través de la membrana.

2) El transporte de electrones a través de una cadena de transporte electrónico, genera un gradiente de concentración de protones.

3) Una enzima unida a membrana, la ATP sintasa, cataliza la fosforilación del

ADP. The aspect of the present position of consensus that I find most remarkable and admirable, is the

altruism and generosity with which former opponents of the chemiosmotic hypothesis have not only

come to accept it, but have actively promoted it to the status of a theory.

Premio Nobel, 1978.

Hipótesis Quimio-osmótica

85%15%

Traslocación de protones ���� Energía

Síntesis de ATP ���� ATP Sintasa

ATP sintasatipo F

Cada subunidad β puede asumir 3 diferentes

conformaciones

Síntesis de ATP ���� Mecanismo ATP Sintasa

1. DÉBIL

Al menos 2 de los 3 sitios catalíticos deben estar activos ���� el ATP no puede liberarse de un sitio al menos que

un ADP + Pi estén unidos en otro.

2. FUERTE 3. ABIERTA

Mecanismo ATP Sintasa ���� Rotación de Fo y la subunidad Gamma

F1 + His tag � Adherido a un portaobjeto

cubierto con Ni+2 � Biotina + Sub. C de Fo

� Avidina + Filamentos de actina*

Unión Biotina-Avidina � Suministro de ATP

� El filamento marcado rota continuamente

� Las sub. C que forman el cilindro de Fo

rotanrotan

Video

http://www.youtube.com/watch?v=2RhLCpeu7cE

Intercambio ATP-Pi

3

Rendimiento en eucariotas � 4H+ rinden 1 ATP

RECORDAR: El mecanismo de la ATPasa emplea 3H+

1

Rendimiento de ATP

Proceso Producto directo ATP final

Glucólisis 2 ATP 3 ó 5

2 NADH (citosol)

Lanzadera Malato-AspartatoNADHcit ���� NADHmitHígado, riñón y corazón.

Lanzadera Glicerol 3PNADHcit ���� QH2mitMúsculo esquelético y cerebro.Músculo esquelético y cerebro.

Rendimiento de ATP

Proceso Producto directo ATP final

Glucólisis 2 ATP 3 ó 5

2 NADH (citosol)

NAD(P)H Deshidrogenasa ExternaNAD(P)Hcit ���� QH2mitPlantas.

Algunas plantas elevan la temperatura � derriten la nieve,

moléculas con olor para atraer insectos polinizadores

Rendimiento de ATP

Proceso Producto directo ATP final

Glucólisis 2 ATP 5

2 NADH (citosol)

Oxidación 2 NADH (matriz mit.) 5

Piruvato (2)

Oxidación completa de la glucosa

AcCoA en Krebs 6 NADH (matriz mit.) 15

(2)

2 QH2 6

2 ATP ó GTP 2

Total 32

Rendimiento de ATP

¿Cómo sería la ecuación global final5?

4 ADP + 4Pi 4ATP + 4H2O

Glucosa + 10 NAD+ + 2Q + 6H2O 6CO2 + 10 NADH + 10 H+ + 2 QH2

1 NADH 10 H+ 10 NADH son 100 H+

¿Y si traducimos coenzimas a H+ y después ATP 5?

Glucosa + 10 NAD+ + 2Q + 2H2O 6CO2 + 10 NADH + 10 H+ + 2 QH2

+ 4ADP + 4Pi + 4ATP

1 NADH 10 H 10 NADH son 100 H

1 QH2 6 H+ 2 QH2 son 12 H+

112 H+

4 H+ � 1ATP 112 H+ � 28ATP

3H+ para ATPasa + 1H+ intercambio Pi

Glucosa + 2H2O + 4ADP + 4Pi 6CO2 + 4ATP

28 ADP + 28Pi 28ATP + 28H2O

Glucosa + 32ADP + 32Pi 6CO2 + 32ATP + 26H2O

Rendimiento de ATP

¿Falta algo? ¿Y qué más5?

Glucosa + 32ADP + 32Pi 6CO2 + 32ATP + 26H2O

El aceptor finaaaaaaaaal !!!!!

2e- son transferidos a 1/2 O2 � 1H2O

NADH o QH2

Tenemos 12 coenzimas � 10NADH + 2 QH2Tenemos 12 coenzimas � 10NADH + 2 QH2

Glucosa + 32ADP + 32Pi 6CO2 + 32ATP + 26H2O

6O2 12H2O

Glucosa + 32ADP + 32Pi + 6O2 6CO2 + 32ATP + 38H2O

Obtención de Energía

Fijación de CO2: Ciclo de las pentosas reductivo, ó ciclo de Calvin

Chlorella pyrenoidosa Detoxificación de mercurio por

Chlorella pyrenoidosa

Fijación de CO2: Ciclo de las pentosas reductivo, ó ciclo de Calvin

Fijación de CO2: Ciclo de las pentosas reductivo, ó ciclo de Calvin

Chlorella pyrenoidosa5ahora en tabletas!!!!

Estructuras presentes en bacterias involucradas en la generación de energía

Rhodobacter

Prochloron Ascidios

Estructuras presentes en bacterias involucradas en la generación de energía

Cyanobacterias

Morfología de una Morfología de una cianobacteria ideal:

a.- Membrana externa; b.-

Capa de peptidoglucano; c.-

Membrana plasmática; d.-

Citosol; e.- Gránulo de

cianoficina; f.- Ribosoma; g.-

Gránulo de glucógeno; h.-

Cuerpo lipídico; i.-Carboxisoma; j.- Ficobilisoma.

k.- Gránulo polifosfato; l.-Vacuola gasífera; m.-

Tilacoide; n.- ADN.

CloroplastoEstomas

Estructuras presentes en plantas involucradas en la toma del CO2 y generación de energía

Transporte de electronesdurante la fase clara

Estroma/Citoplasma

Lumen del tilacoide/Periplasma

Resumen de reacciones de las fases clara y oscura

pH, Mg+2

8 subunidades catalíticas y 8 pequeñas subunidades (L8S8)

RuBisCO: Ribulosa 1,5-Bis fosfato Carboxilasa/Oxigenasa

La RuBisCO constituye aproximadamente el 50 % de la proteína soluble en las hojas de las plantas, siendo una de las más abundantes proteínas en la

naturaleza.

Inmunofluorescencia sobre RuBisCO de Arundinella raddi, una gramínea

ampliamente distribuída en el mundo.

KMCO2 =12 µM y KMO2 = 250 µM

RuBisCO: Mecanismo de acción para la Carboxilación

CH2OP

C

C

CH

CH2OP

O

OH

OHH

Ribulosa 1,5-BisP

--B- H+

Enolización

CH2OP

C

C

CH

CH2OP

OH

OH

O H

--BH

CO

O

Intermediario 2,3-enediol

Carboxilación

CH2OP

C

C

CH

OH

OH

O

COOH--BH

OH

H

:CH

2OP

C

C

OH

O

COOH

OH

--BH

ClivajeCH2OP

--BHRuptura CH

CH2OP

OH

Intermediario cetoarabitinol

HHidratación

C

CH

CH2OP

OH

OOH

Intermediario 3-gemdiol

Clivaje

C

C

CH2OP

OH

OHO

H

3-fosfo Glicerato (3PG)

CH2OP

COH COOH--BH

-

Protonación

C

C

CH2OP

OH

OHO

H

3-fosfo Glicerato (3PG)

RuBisCO: Mecanismo de acción para la Oxigenación

CH2OP

C

C

CH

CH2OP

O

OH

OHH

Ribulosa 1,5-BisP

--B- H+

Enolización

CH2OP

C

C

CH

CH2OP

OH

OH

O H

--BH

Intermediario 2,3-enediol

Oxigenación

CH2OP

C

C

CH

OH

OH

O

O OH--BH

O

O

OH

:CH

CH2OP

OH

Clivaje

C

C

CH2OP

OH

OHO

H

3-fosfo Glicerato (3PG)

CH2OP

C

OH O

Fosfoglicolato

H

CH2OP

C

C

CH

CH2OP

OH

OH

-O

O OH

OH

--BH

HidrataciónH

+

H2O

Intermediario cetoarabitinol

Intermediario 3-gemdiol

CH2OP

C

OH OOH-

--BH

Ruptura

CH2OP

C

CH

CH

CH2OP

O

OH

OH

Ribulosa 1,5-BisP

CO2

RuBisCO

3

C

CH

CH2OP

OH

OHO

3-P Glicerato

6

ATP ADP

3-P Glicerato Quinasa

66

C

CH

CH2OP

OH

OPO

1,3-BisP Glicerato

NADP+

NADPH+H+ P

Gliceraldehído3-P Deshidrogenasa

6

6

C

CH

CH2OP

OH

HO

Gliceraldehído 3P

CH2OH

C

CH2OP

O

Triosa P Isomerasa

Aldolasa

C

C

CH

CH

CH2OP

OH

OH

CH2OP

O

HOH

P

H2O

Fructosa 1,6-Bisfosafatasa

C

C

CH

CH OH

OH

CH2OH

O

HOH

Transcetolasa

CH2OH

C O

ADP3

DihidroxiacetonaPFructosa 1,6-BisPCH2OP

Fructosa 6-PC

CH

CH

CH2OP

OH

OH

HO

Eritrosa 4-P

C

C

CH

CH2OP

O

OH

HOH

Xilulosa 5-P

Aldolasa

C

C

CH

CH

CH2OP

OH

OH

C

H

OHH

CH2OP

O

OH

Sedoheptulosa 1,7-BisP

H2OP

Sedoheptulosa 1,7- Bisfosafatasa

C

C

CH

CH

CH2OP

OH

OH

C

H

OHH

CH2OH

O

OH

Sedoheptulosa 7-P

G3PTranscetolasa

C

C

CH

CH

CH2OP

OH

OH

OH

HO

H

Ribosa 5-P

Isomerasa

Epimerasa

CH2OH

C

CH

CH

CH2OP

O

OH

OH

Ribulosa 5-P

ATP3

Ribulosa 5-P Quinasa

Ecuación Global

3CO2 + 9 ATP + 6 NADPH + 5 H2O 9 ADP + 8 Pi + 6 NADP+ + Triosa-P

Destinos de las Triosas-P sintetizadas mediante la fijación del CO2

Síntesis de sacarosa: el azúcar móvil de las plantas

Adaptaciones de las plantas para disminuir la tasa de fotorespiración

C4 CAM

Estrategia espacial

Estrategia temporal

Marshall Hatch y Roger Slack, 1960s

Aprox. 5 % de las plantas terrestres

S. L. Ranson y M. Thomas, 1940s

Se conocen 33 familias con 15 a 20

mil especies (7 % de las plantas)

ResumiendoI.Estructura celular de la hoja de plantas C3 y C4 (Kranz)

Estrategia espacial: Metabolismo C4 (Intermediario de 4 carbonos)

En una hoja C3, las células del mesófilo en empalizada, típicamente forman una capa en la parte exterior de la hoja; las

mismas células del mesófilo en una planta C4 están usualmente ordenadas en forma de anillo alrededor de las células de la

vaina del haz. Estas células tienen cloroplastos (verde oscuro), mientras que las hojas de C3 carecen de este tipo de

organelas en esta localización. Estos cloroplastos son diferentes a los que se observan en las células del mesófilo: los de la

vaina del haz tienen pequeños grana y tienen granos de almidón, mientras que en las células del mesófilo ocurre lo contrario.

Cu

ltiv

o d

e m

aíz

Las plantas del

género Atriplex,

incluyen especies C3

y C4. De los datos

que se presentan el

los gráficos (especie

1: curva negra;

especie 2: curva

roja). ¿Cuál es C3 y

cuál C4?

La afinidad de la RuBisCO

por el CO2 disminuye con

la temperatura

Se genera una

atmósfera rica en CO2,

debido a la organización

celular

La tasa de fotonsíntesis aumenta con la

intensidad de luz, dando como resultado

un aumento de la fotorrespiración,

perdiendo la capacidad de fijación de CO2

en plantas C3.

Estrategia espacial: Metabolismo C4 (Intermediario de 4 carbonos)

Am

azo

na

s

en plantas C3.

Am

azo

na

s

Bromeliácea

Estrategia temporal: Metabolismo CAM (Craussulasean Acid Metabolism)

Las cuatro fases del CAM. La fase 1 es la

absorción de CO2 en la oscuridad. Este CO2 es

almacenado como un grupo carboxilo (COO-)

del malato. La fase 2 es la absorción de CO2 por

la mañana temprano por medio de fotosíntesis

de tipo C3 normal. La fase 3 es la absorción nula

de CO2 a la luz. El malato es descarboxilado y el

CO2 resultante es asimilado. La fase 4 es la

absorción de CO2 al final de la tarde por

fotosíntesis de tipo C3 normal, similar a la fase

2. Estas fases no siempre son observadas en

todas las plantas CAM (Azcón-Bieto & Talón

1993).

Estrategia temporal: Metabolismo CAM (Craussulasean Acid Metabolism)

Malato

ResumiendoI.Cuadro comparativo de las diferentes vías de fijación de CO2