ATP Sintasa. Clase Ciclo de Calvin.2011. - Materias.unq.edu.ar

Transporte de electrones Traslocación de protonesLado N (----)Lado P (++++)

EstromaTransporte de electrones Traslocación de protones2H 2 O + 2NADP + +8 fotones2H + 6H + 1H +4H + 4H + 2H +O 2 + 2NADPH +2H +2 fotones/e -(1 por cada PS)2H +8H +Fotosíntesis linealPor cada O 2 generado Traslocación de 11H +3,7 ATPFotosíntesis cíclica(2 fotones 2 e-)Traslocación de 4H +21,3 ATP(5,3 ATP / 8 fotones)4H +Lumen del tilacoide1 foton/e -(PSI)

Hipótesis Quimio-osmótica1960s: Generación de ATP Fosforilación a nivel de sustrato¿Cuál es el metabolito intermediario rico en energía en lamitocondria?Hipótesis: un gradiente de concentración de protones sirvecomo reservorio de energía para dirigir la formación de ATP.I. Experimentos de medición de potenciales de membrana y observación delefecto del uso de agentes desacoplantes de la cadena de transporte deelectrones.II.Postulados:1) Una membrana mitocondrial intacta es un requerimiento absoluto para elacoplamiento entre el gradiente de protones y la generación de ATP. Lamembrana debe ser impermeable a los solutos cargados. Transportadoresespecíficos permiten su paso a través de la membrana.2) El transporte de electrones a través de una cadena de transporteelectrónico, genera un gradiente de concentración de protones.3) Una enzima unida a membrana, la ATP sintasa, cataliza la fosforilación delADP.The aspect of the present position of consensus that I find most remarkable and admirable, is thealtruism and generosity with which former opponents of the chemiosmotic hypothesis have not onlycome to accept it, but have actively promoted it to the status of a theory.Premio Nobel, 1978.

Hipótesis Quimio-osmótica15%85%

Traslocación de protones Energía

Síntesis de ATP ATP SintasaATP sintasatipo FCada subunidad β puedeasumir 3 diferentesconformaciones

Síntesis de ATP Mecanismo ATP Sintasa1. DÉBILAl menos 2 de los 3sitios catalíticos debenestar activos el ATPno puede liberarse deun sitio al menos queun ADP + Pi esténunidos en otro.2. FUERTE 3. ABIERTA

Mecanismo ATP Sintasa Rotación de Fo y la subunidad GammaF1 + His tag Adherido a un portaobjetocubierto 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 Forotan

http://www.youtube.com/watch?v=2RhLCpeu7cEVideo

Intercambio ATP-Pi31Rendimiento en eucariotas 4H + rinden 1 ATPRECORDAR: El mecanismo de la ATPasa emplea 3H +

Proceso Producto directo ATP finalGlucólisis 2 ATP 3 ó 52 NADH (citosol)Rendimiento de ATPLanzadera Malato-AspartatoNADH cit NADH mitHígado, riñón y corazón.Lanzadera Glicerol 3PNADH cit QH 2mitMúsculo esquelético y cerebro.

Proceso Producto directo ATP finalGlucólisis 2 ATP 3 ó 52 NADH (citosol)Rendimiento de ATPNAD(P)H Deshidrogenasa ExternaNAD(P)H cit QH 2mitPlantas.Algunas plantas elevan la temperatura derriten la nieve,moléculas con olor para atraer insectos polinizadores

Rendimiento de ATPOxidación completa de la glucosaProceso Producto directo ATP finalGlucólisis 2 ATP 52 NADH (citosol)Oxidación 2 NADH (matriz mit.) 5Piruvato (2)AcCoA en Krebs 6 NADH (matriz mit.) 15(2)2 QH 2 62 ATP ó GTP 2Total 32

Rendimiento de ATP¿Cómo sería la ecuación global final?Glucosa + 10 NAD + + 2Q + 6H 2 O 6CO 2 + 10 NADH + 10 H + + 2 QH 24 ADP + 4Pi 4ATP + 4H 2 OGlucosa + 10 NAD + + 2Q + 2H 2 O 6CO 2 + 10 NADH + 10 H + + 2 QH 2+ 4ADP + 4Pi + 4ATP¿Y si traducimos coenzimas a H + y después ATP ?1 NADH 10 H + 10 NADH son 100 H+1 QH 2 6 H + 2 QH 2 son 12 H +4 H + 1ATP 112 H + 28ATP112 H +3H +para ATPasa + 1H + intercambio PiGlucosa + 2H 2 O + 4ADP + 4Pi 6CO 2 + 4ATP28 ADP + 28Pi 28ATP + 28H 2 OGlucosa + 32ADP + 32Pi 6CO 2 + 32ATP + 26H 2 O

Glucosa + 32ADP + 32Pi 6CO 2 + 32ATP + 26H 2 ORendimiento de ATP¿Falta algo? ¿Y qué más?El aceptor finaaaaaaaaal !!!!!NADH o QH 2Tenemos 12 coenzimas 10NADH + 2 QH 22e -son transferidos a 1/2 O 2 1H 2 OTenemos 12 coenzimas 10NADH + 2 QH 2Glucosa + 32ADP + 32Pi 6CO 2 + 32ATP + 26H 2 O6O 212H 2 OGlucosa + 32ADP + 32Pi + 6O 26CO 2 + 32ATP + 38H 2 O

Obtención de Energía

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

Fijación de CO2: Ciclo de las pentosas reductivo, ó ciclo de CalvinChlorella pyrenoidosaDetoxificación de mercurio porChlorella pyrenoidosa

Fijación de CO2: Ciclo de las pentosas reductivo, ó ciclo de CalvinChlorella pyrenoidosaahora en tabletas!!!!

RhodobacterEstructuras presentes en bacterias involucradas en la generación de energíaProchloronAscidios

CyanobacteriasEstructuras presentes en bacterias involucradas en la generación de energíaMorfología de unacianobacteria ideal:a.- Membrana externa; b.-Capa de peptidoglucano; c.-Membrana plasmática; d.-Citosol; e.- Gránulo decianoficina; f.- Ribosoma; g.-Gránulo de glucógeno; h.-Cuerpo lipídico; i.-Carboxisoma; j.- Ficobilisoma.k.- Gránulo polifosfato; l.-Vacuola gasífera; m.-Tilacoide; n.- ADN.

Estructuras presentes en plantas involucradas en la toma del CO2 y generación de energíaEstomasCloroplastoTransporte de electronesdurante la fase claraEstroma/CitoplasmaLumen del tilacoide/Periplasma

Resumen de reacciones de las fases clara y oscurapH, Mg+2

RuBisCO: Ribulosa 1,5-Bis fosfato Carboxilasa/Oxigenasa8 subunidades catalíticas y 8pequeñas subunidades (L8S8)Inmunofluorescencia sobre RuBisCO de Arundinella raddi, una gramíneaampliamente distribuída en el mundo.La RuBisCO constituye aproximadamente el 50 % de la proteína soluble enlas hojas de las plantas, siendo una de las más abundantes proteínas en lanaturaleza.K MCO2 =12 µM y K MO2 = 250 µM

RuBisCO: Mecanismo de acción para la Carboxilación--BHCH 2OP--B - C O H +H C OH EnolizaciónHOHCOHCH 2OPRibulosa 1,5-BisPCH 2 OPC-COOHRupturaClivaje--BHHOHO--BHCH 2OPCCHCOHOOHCH 2OPHOCOIntermediario 2,3-enediolCH 2OPCCHCCOOHOOHCH 2OPIntermediario 3-gemdiolHidrataciónCarboxilaciónCH 2OP--BH HO C COOHCHCOOHCH 2OP: OHIntermediario cetoarabitinolHProtonaciónO OHHCC OHCH 2OP3-fosfo Glicerato (3PG)O OHHCC OHCH 2OP3-fosfo Glicerato (3PG)

RuBisCO: Mecanismo de acción para la OxigenaciónCH 2OP--B - C O H +H C OH EnolizaciónHCOHCH 2OPRibulosa 1,5-BisPHOCH 2OPCOFosfoglicolatoH 2O--BHCH 2OPCCHCOHOOHCH 2OPHOOIntermediario 2,3-enediolCH 2OP--BHCHO- O OHOHCCOHOHCH 2OP3-fosfo Glicerato (3PG)Clivaje Ruptura--BH--BHHO-OOxigenaciónHOOCH 2OPCCHCHidrataciónCH 2OPCCHCOOHOHCH 2OPOOHCH 2OPOHOH:O HHIntermediario cetoarabitinolIntermediario 3-gemdiolH +

Ecuación Global3CO2 + 9 ATP + 6 NADPH + 5 H2O9 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 fotorespiraciónC4CAMEstrategiaespacialEstrategiatemporalMarshall Hatch y Roger Slack, 1960sAprox. 5 % de las plantas terrestresS. L. Ranson y M. Thomas, 1940sSe conocen 33 familias con 15 a 20mil especies (7 % de las plantas)

Estrategia espacial: Metabolismo C4 (Intermediario de 4 carbonos)Resumiendo.Estructura celular de la hoja de plantas C3 y C4 (Kranz)En una hoja C3, las células del mesófilo en empalizada, típicamente forman una capa en la parte exterior de la hoja; lasmismas células del mesófilo en una planta C4 están usualmente ordenadas en forma de anillo alrededor de las células de lavaina del haz. Estas células tienen cloroplastos (verde oscuro), mientras que las hojas de C3 carecen de este tipo deorganelas en esta localización. Estos cloroplastos son diferentes a los que se observan en las células del mesófilo: los de lavaina del haz tienen pequeños grana y tienen granos de almidón, mientras que en las células del mesófilo ocurre lo contrario.

Estrategia espacial: Metabolismo C4 (Intermediario de 4 carbonos)Las plantas delgénero Atriplex,incluyen especies C3y C4. De los datosque se presentan ellos gráficos (especie1: curva negra;especie 2: curvaroja). ¿Cuál es C3 ycuál C4?Cultivo de maízLa tasa de fotonsíntesis aumenta con laintensidad de luz, dando como resultadoun aumento de la fotorrespiración,perdiendo la capacidad de fijación de CO2en plantas C3.La afinidad de la RuBisCOpor el CO2 disminuye conla temperaturaSe genera unaatmósfera rica en CO2,debido a la organizacióncelularAmazonas

Estrategia temporal: Metabolismo CAM (Craussulasean Acid Metabolism)BromeliáceaLas cuatro fases del CAM. La fase 1 es laabsorción de CO2 en la oscuridad. Este CO2 esalmacenado como un grupo carboxilo (COO-)del malato. La fase 2 es la absorción de CO2 porla mañana temprano por medio de fotosíntesisde tipo C3 normal. La fase 3 es la absorción nulade CO2 a la luz. El malato es descarboxilado y elCO2 resultante es asimilado. La fase 4 es laabsorción de CO2 al final de la tarde porfotosíntesis de tipo C3 normal, similar a la fase2. Estas fases no siempre son observadas entodas las plantas CAM (Azcón-Bieto & Talón1993).

Estrategia temporal: Metabolismo CAM (Craussulasean Acid Metabolism)Malato

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