El Cloroplast i les seves funcions (2008)

Apunte Catalán
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Ciencias Ambientales - 1º curso
Asignatura Biologia
Año del apunte 2008
Páginas 9
Fecha de subida 25/05/2014
Descargas 0
Subido por

Vista previa del texto

El Cloroplast i les seves funcions principals Respiració molecular i Fotosíntesi Semblances Diferències ‣Els cloroplasts són el resultat de procesos d’endosimbiosi.
‣Es donen a diferents orgànuls ‣Tres aspectes mecànicament similars: ‣Respiració molecular reducció d’O2 a H2O ‣Fotosíntesi oxidació d’H2O a O2 • Intervé un flux d’electrons mitjançant una cadena de transportadors.
• Similituds en estructura: membrana interna, espai intermembranós, etc.
i té lloc tant a la llum com en l’obscuritat. A la fotosíntesi, en canvi, es produeix l’oxidació d’H2O a O2 amb NADP+ com acceptor electrònic fonamental i depén absolutament de la llum.
El cloroplast La fotosíntesi es dóna en diversitat de bacteris I eucariotes unicel·lulars, així com en les plantes superiors.
La fotosíntesi en les plantes s’esdevé en els cloroplasts. L’energia de la llum es capturada per molècules de pigments.
Reacció esquematitzada: CO2 + H2O llum solar Glucids + O2 Fases de la fotosíntesi F. Lluminosa ‣als til·lacoids: S’obtenen ATPs i coenzims reduïts ‣Dos parts: -Fosforilació acíclica: formació de ATPs i reducció de NADP+ -Fosforilació cíclica: fotosistema I. No es prodeueix fotòlisi d’aigua.
S’obté ATP Fases de la fotosíntesi F. Fosca ‣Es dóna a l’estroma: no necessita clorofil·la ‣Es produeix quan hi ha ATP i coenzims reduïts provinents de la fase lluminosa Equació simplificada 6CO2 + 12NADPH + 18 ATP → C6H12O6P + 12NADP+ + 18ADP + 17 Pi L’aigua com reductor (es trenca) El CO2 com a oxidant llum solar (8fotons) 6CO2 + 12 H2O C6H12O6 + 6O2 Molècules que intervenen a la captació d’energia llumínica Transducció de l’energia ‣Els pigments tenen el seu espectre de absorció característic: aixó es, el seu patró d’absorció Patró d’absorció de la clorofil.la Transducció de l’energia ‣Els pigments tenen el seu espectre de absorció característic: aixó es, el seu patró d’absorció ‣Els pigments accesoris (I també la majoria de les clorofiles…) actúen com a antena: condueixen la energia que absorbeixen fins al centre de reacció Transducció de l’energia ‣ S’inicia la cadena transportadora d’electrons: Finalment aquests electrons inicien la creació de NADPH ‣ No podem dir quants ATP són produïts en l'absorció de la llum: el nombre d'aquests depèn de molts factors.
Ciències Ambientals – Biologia I 1  LA FOTOSÍNTESI   TEMA 7: El Cloroplast. La Fotosíntesi col∙lecta la energia lluminosa. La fase lluminosa de la  fotosíntesis: fotoreceptors, fotosistemes, generació de NADPH i fotofosforilació  a) Ubiquem la respiració molecular i la fotosíntesi al cicle del carboni a la biosfera; què podem dir quan a les seves semblances i divergències? Semblances: -La fosforilació oxidativa i la fotofosforilació aporten conjuntament la major part dels organismes.
-D’una manera semblant a l’evolució dels mitocondris, els cloroplasts són el resultat de procesos d’endosimbiosi.
-Existeixen tres aspectos mecànicament similars entre la fosforilació oxidativa i la fotofosforilació: a) Tant en la respiració molecular com en la fotosíntesi intervé un flux d’electrons mitjançant una cadena de transportadors lligats a membrana.
b) Comparteixen similituds en estructura, tant el cloroplast com el mitocondri: membrana interna, espai intermembranós, etc.
Divergències: -Als eucariotes la respiració molecular té lloc en la mitocondria i la fotosíntesi als cloroplasts.
-A la respiarció molecular es produeix la reducció d’O2 a H2O gràcies als electrons cedits pel NADH i el FADH2 i té lloc tant a la llum com en l’obscuritat. A la fotosíntesi, en canvi, es produeix l’oxidació d’H2O a O2 amb NADP+ com acceptor electrònic fonamental i depén absolutament de la llum.
b) On té lloc la fotosíntesi? La fotosíntesi es dóna en diversitat de bacteris i eucariotes unicel·lulars (algues), així com en les plantes superiors. Tot i que els procesos entre aquests organismes difereixen en detall, la base dels mecanismes és notablement similar.
La fotosíntesi en les plantes verdes s’esdevé en els cloroplasts. L’energia de la llum és capturada per molècules de pigments, anomenades “clorofil·les”, que es troven en els cloroplasts.
El cloroplast té una membrana externa i una membrana interna, separades per un espai intermembranós. La membrana interna envolta un espai anomenat estroma, que és el lloc on s’esdevé la química del carboni de la fotosíntesi. A l’estroma hi ha unes estructures membranoses anomenades tilacoids, que són uns sacs aplanats, o discs. Els sacs tilacoïdals están apilats i formen un grànum. Els diversos grana están units per regions de la membrana tilacoïdal anomenades lamel·les de l’estroma. Les membranes tilacoïdals separen l’espai tilacoïdal de l’espai de l’estroma. Així, els cloroplasts tenen tres membranes diferents (membrana externa, interna i tilacoïdal) i tres espais separats (espai intermembranós, estroma i espai tilacoïdal).
c) Podem distingir dues fases a la fotosíntesi; en quines condicions tenen lloc? A la fotosíntesi hi ha dos fases: la lluminosa i la fosca (Cicle de Calvin) - Fase lluminosa Ciències Ambientals – Biologia I 2  LA FOTOSÍNTESI   Es fa als tilacoïds del cloroplast perquè és on hi ha la clorofil·la, que és el pigment que capta la llum. S’obté ATP i coenzims reduïts. Es divideix en dos parts: □ Fosforilació acíclica i Fosforilació cíclica - Fosforilació acíclica Aquest procés permet la formació d’ATP i la reducció de NADP a NADPH + H+, i necesita de l’energia de la llum solar. Es realitza gracies als anomentas fotosistemes, que es troben a la membrana dels tilacoides (als cloroplasts).
Aquest procés de la fase lluminosa, supusat per dos electrons, es el següent: els fotns incideixen sobre el fotosistema II, excitant i alliberant dos electrons, que passen al primer acceptor d’electrons, la feofitina. Els electrons els reposa el primer donador d’electrons, el donador Z, amb els electrons procedents de la fotólisi de l’aigua a l’interior del tilocoïde: Els protons de la fotólisi s’acumulan a l’interior del tilacoïde, i l’oxigen es alliberat a l’atmosfera.
Els electrons passen a una cadena de transport d’electrons, que invertirà la seva energía alliberada a la síntesis de ATP. La síntesis d’ATP a la fase fotoquímica s’anomena fotofosforilació.
El balanç final de tot aquest procés es el següent: per cada molécula d’aigua (i per cada quatre fotons) es forma mitja molécula d’oxigen, 1,3 molécules d’ATP, i un NADPH + H+.
- Fase fosca (Cicle de Calvin) Es dóna a l’estroma del cloroplast perquè no necesita clorofil·la. Tot i que no es doni clorofil·la no vol dir que es faci de nit. Es produirà quan hi hagi ATP i coenzims reduïts que provenen de la fase lluminosa. Es consumeixen per formar materia orgánica. Es realitza gràcies a l’enzim ribolosa 1-5 dp corboxilasa i té com a substrat CO2, que carboxila molécules per anar formant materia orgánica.
El Cicle de Calvin o fase bioquímica consisteix en un cicle de reaccions químiques a les que s’incorpora el CO2 de l’atmosfera en molècules orgàniques. Durant aquest cicle s’utilitza l’ATP i el NADPH produïts a l’etapa fotoquímica. Es divideix en tres etapes: carboxilació, reducció y regeneració.
Aquest cicle forma el gliceraldehid-3-fosfat. Aquesta molècula pot seguir dues vies: Una dóna lloc a més ribulosa-1,5-fosfat per seguir el cicle, i l’altre dóna lloc als distints principis immediats: glucosa o fructosa, almidó i a partir d’aquests la resta de glúcids, i els lípids, proteïnes y nucle`tids que requereix la célula.
Hi ha que destacar que tant la fase fotoquímica com la fase biosintètica es produeixen a la vegada. Son inseparables, ja que els productes de la fase fotoquímica són utilitzats a la fase biosintètica.
d) Quines molècules intervenen a la captació de l’energia de la llum? Les molècules encarregades de captar l’energia llumínica són els pigments, els quals es troven a les plantes i a altres organismes fotosintètics. Cadascún d’aquests pigments pot capturar un tipus diferent de longitud d’ona.
Els pigments més important, i universal en tot organisme fotosintètic, és la clorofil·la a (en alguns casos la b), la qual està disposada dins del centre de reacció dels fotosistemes que hi ha a la membrana tilacoïdal dels cloroplasts. La resta de pigments, com els carotens, les xantòfiles, les fucoeritrines, les fucocianines o altres clorofil·les, formen el complex antena del fotosistema. Aquest complex transfereix l’energia despresa per tots els pigments fins al centre de reacció, a la Ciències Ambientals – Biologia I 3  LA FOTOSÍNTESI   clorofil·la, sols una clorofil·la de entre uns milers realitza la fotosíntesi, es el centre de reacció. Les clorofil·les del voltant passen la energia per ressonància; i és aquí on es transforma l’energia llumínica en energia química. La clorofil·la cedeix un electró a un acceptor primari i en rep un donador primari.
L’energia inicial del fotó augmenta molt fins arribar a la clorofil·la; això es degut a què, cada pigment del complex antena, en rebre l’estímul del fotó els salta un electró a un nivel energètic superior i en retornar al nivel inicial aquesta energía augmenta.
e) Totes les clorofil·les inicien les reaccions de la fase lluminosa? No.
f) Què fan la resta de molècules? En general, el màxim de lluny que es troben les clorofil·les d’aquesta funció (la de pigment primari de l’antena fotosintètica), és en la de pigments auxiliars, els que reben l’energia del pigment primari i la van transferint d’un a l’altre. En altres paraules, són pigments que formen part de la cadena de transferència d’electrons de la fotosíntesi. S’exciten y es traspassen d’un a l’altre els electrons.
No obstant, aquesta funció no la han de fer les clorofil·les necessariament. Ho poden fer altres pigments, com els carotenoides.
g) Com és possible generar un oxidant prou fort com per generar O2 a partir d’H2O? Durant el procés de la fotosíntesi, en la fase lluminosa, l'aigua s'oxida i dona oxigen. Perquè es dugui a terme aquest procés es necessita aigua i diòxid de carboni, a més es necessita energia solar. El resultat d'aquesta reacció serà glucosa i oxigen. La reacció seria la següent 6CO2 + 12 H2O ---llum solar (8fotons) --------- C6H12O6 + 6O2 L'oxigen és un oxidant fort perquè és el resultat de la "descomposició" de l'aigua a partir d'energia solar (fotons) h) De quina manera es transdueix l’energia absorbida de la radiació solar? Per explicar com es capta la energía de la radiació solar, debem saber que els diferents pigments tenen una longitud d'ona reflectida característica que els dóna el color, i que és la longitud d’ona absorbida la que influeix en la capacitat d’absorbir energia. Els pigments tenen el seu espectre d’absorció característic, aixó es, el seu patró d'absorció. La clorofil.la absorbeix totes las longituts d'ona de la llum visible excepte el verd, el qual es reflectit.
En les plantes i altres organismes fotosintétics existeixen diferents tipus de clorofil.les. Els pigments accesoris absorbeixen energia que la clorofil.la és incapaç d'absorbir. Aquests inclouen clorofil.la β (en algues i protistes les clorofil.les c,d i e), xantofil.la (groga) i carotè, ataronjat. La clorofil.la α absorbeix les longituts d'ones violeta, blau, ataronjat- vermellos, vermell i poques radiacions de les longituts d'ona intermedies ( verd-groc-ataronjat).
Els pigments accesoris actúen com a antena, conduint l’energia que absorbeixen fins al centre de reacció. Una molécula de clorofil.la en el centre de reacció pot Ciències Ambientals – Biologia I 4  LA FOTOSÍNTESI   transferir la seva excitació com a energía útil en reaccions de biosíntesi.
El procés fotosintetitzador s'inicia quan un fotó (partícula de llum) bombardeja un parell de molécules de clorofil.la del fotosistema II (al mateix temps el fotosistema I absorbeix altre fotó). El parell de molécules de clorofil.la absorbeix l’energia del fotó pel que l'electró s'allunya de la seva posició d'equilibri i es "atrapat" pel acceptor primari. En aquesta etapa del procés, cada electró pasa a prop de l’altre molécula de clorofil.la, encara que no sembla enllaçar-se amb ella. El parell especial queda amb un excés de càrrega positiva. En el ínterin, una molécula de naturalesa incerta, dita component Z cedeix un electró al parell especial i el neutralitza, quedant ella al cop amb càrrega positiva. Després d’acumular quatre càrregues positives, degut a quatre fotoactes succesius del P – 680, recupera la situació basal mitjantzant els quatre electrons que procedeixen de la ruptura de dos molécules d'aigua, amb despreniment simultani d'oxígen.
A continuació, cada electró es mou de la feofitina fins una molécula de quinona – QA– (aceptor secundari), i pasa l'electró a altre quinona (QB) que el cedeix a una plastoquinona (PQ), tots ells en la membrana llaminar. La PQ s'oxida cedint l' electró al citocrom F i aquest a una molécula de plastocianina (complex de coure) la que redueix al fotosistema I (P – 700) que ha perdut un electró al absorbir un fotó.
A mesura que els electrons recorren la cadena de transport s'estableix un gradient de protons (ió hidrógen), de forma que la energia potencial del gradient s’utilitza per formar ATP a partir de ADP + Pi, procés denominat fotofosforilació.
Finalment, el fluxs d’electrons procedent del fotosistema I, suministra els equivalents de reducció necesaris per la síntesi del potencial reductor generat en la fotosíntesi; aixó es , NADP+ a NADPH.
Pertant, en presència de llum existeix un fluxe d'electrons continus desde l'aigua al fotosistema II, al fotosistema I fins el NADP+. La cuita energética de aquests pasos está representada per una molècula d'ATP i NADPH, que intervenen en las principals fonts de energía per la reducció del carboni.
i) D’on surten l’ATP i el NADPH? L’ATP s'obté en la fermentació (procés de catabolisme anaeròbic en el qual un compost orgànic actua com a donador i acceptor d'electrons), fotosíntesi i respiració fosforil·lant l'adenosina difosfat (ADP) i es gasta en les activitats proteiques essent un altre cop la mateixa molècula.
Una vegada produïda la fissió de la molècula, és conduïda per gradient fins al mitocondri, on mitjançant la bomba de protons, se sintetitzarà de nou l'ATP.
El NADPH és un coenzim utilitzat a la fase de fixació del diòxid de carboni de la fotosíntesis (Cicle de Calvin) que s’encarrega de reduir el CO2 a carboni orgànic. El NADPH i l’ATP s’encarreguen de transformar l’aigua i el diòxid de carboni en compostos orgànics reduïts alliberant oxigen.
j) Si podem dir quants NADPH són generats per l’absorció de la llum, podem afirmar quants ATP es produeixen? (o és una estimació?) No podem dir quants ATP són produïts en l'absorció de la llum ja que el nombre d'aquests depent de molts factors. No podem concretar mai una quantitat exacte, sempre varia, perquè no depén d'una equació química, si no d'un gradient.  ...