TEMA 11. CLOROPLASTOS (2014)

Apunte Catalán
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Biología - 1º curso
Asignatura Biología Celular
Año del apunte 2014
Páginas 6
Fecha de subida 02/11/2014
Descargas 81
Subido por

Descripción

Apuntes realizados con el docente Lleonard Barrios.

Vista previa del texto

BIOLOGIA CEL·LULAR Tania Mesa González 1º CURS BIOLOGIA UAB TEMA11: Cloroplasts.
Cloroplasts  són els orgànuls responsables de la fotosíntesi.
S’encarreguen de generar energía (ATP), de la conversió de CO 2 a carbohidrats, de sintetitzar aminoàcids, àcids grassos i dels components lipídics de les membranes de les plantes. També s’hi produeix la reducció de nitrit (NO2-) a amoníac (NH3), molt important per la incorporació de nitrogen als compostos orgànics.
Estructura i funció dels cloroplasts  Els cloroplasts són orgànuls grans, delimitats per doble membrana. A més a més, tenen la membrana del tilacoide, que forma una xarxa de discs aplanats, formen un únic suborgánul (tilacoides), que s’agrupen formant les granes. Degut a aquesta membrana triple, tenen una organització interna molt complexa. Es separa l’interior del cloroplast en tres compartiments diferents: l’espai intermembrana, l’estroma i la llum del tilacoide .
- Tenen bastantes similituds amb els mitocondris: la membrana externa té porines, per la qual cosa permet la difusió de molècules petites. La membrana interna en canvi és impermeable a ions i metabòlits, que només poden passar amb transportadors específics. Per tant, la membrana interna fa de barrera entre el citosol i l’interior de l’orgànul.
- L’estroma del cloroplast també equival a la matriu mitocondrial: conté el materia genètic propi i enzims metabòlics, incloent responsables de la conversió de CO2 a carbohidrats durant la fotosíntesi.
- La membrana tilacoidal és la principal diferència entre cloroplasts i mitocondris. En ella es realitza el transport d’electrons en la generació quimiosmòtica de l’ATP, i és on es produeix el bombeig de protons des de l’estroma cap al lumen del tilacoide. El gradient electroquímic que resulta d’aquest bombeig, dirigeix la síntesi d’ATP a mesura que els protons retornen a l’estroma.
 membrana del tilacoide = membrana interna del mitocondri.
Importació de proteïnes a l’estroma  El cloroplast té la major part del seu genoma al nucli cel·lular per això moltes proteïnes i enzims necessaris es sintetitzen en ribosomes citosolic i desprès són transportats a l’interior de l’orgànul.
- Aquestes proteïnes tenen seqüències N-terminals de 30-100 aa anomenades pèptids de trànsit, que dirigeixen el transport de proteïnes a través de les dues membranes del cloroplast y que posteriorment són eliminades per escissió proteolítica. Un complex guia reconeix aquests pèptids i els dirigeix al complex BIOLOGIA CEL·LULAR Tania Mesa González 1º CURS BIOLOGIA UAB Toc, que s’encarrega de la translocació a la membrana externa, i s’uneixen al receptor Toc159. Estan acompanyades fins al receptor per xaperones Hsp70.
 Aquests pèptids de trànsit no estan carregats positivament.
- Mentre avança pel canal del Toc75, més xaperones Hsp70 unides al complex Toc, s’encarregaran d’estirar-la i mantenir-la desplegada. La Toc34, una de les proteïnes del complex, hidrolitza GTP per obtenir energia per la translocació.
- Un cop estan a l’espai intermembrana, les proteïnes són transferides al complex Tic i transportades a l’estroma. El complex Tic està format per vàries proteïnes amb un o més canals proteics. A la cara de l’estroma, aquest complex Tic hi té associada una proteïna xaperona Hsp100, que és l’encarregada d’estirar la proteïna a través del canal del complex Tic. A l’estroma, el pèptid de trànsit és tallat per una peptidasa processadora estromal (SPP) i la proteïna s’associa a les xaperones Hsp70 i Hsp60 que participen en el seu plegament.
 Tot aquest procés es dona gràcies al rubiscó. Hi ha una importació de la subunitat petita al citosol i un ensamblatge amb la subunitat gran sintetitzada a l’estroma.
 Hi ha proteïnes que també es poden quedar a l’espai intermembrana o incorporar-se en qualsevol de les dues membranes per difusió lateral a través del canal.
Importació de proteïnes al lumen del tilacoide  Les proteïnes que han d’incorporar-se al lumen del tilacoide entren fins l’estroma seguint els passos anteriors. Un copa l’estromer, són dirigides cap a la translocació per la membrana del tilacoide . Això és degut a que un cop se’ls talla el pèptid de trànsit, es pot llegir una altra seqüència senyal que indica que el seu destí és la llum del tilacoide . Es coneixen tres tipus de translocació diferents: 1. El primer complex és independent del gradient de protons que existeix a la membrana del tilacoide.
2. El segon complex és dependent d’aquest gradient, requereix aquest gradient per poder-se fer la translocació.
3. El tercer complex, rep les proteïnes al ser translocades per mitjà d’una partícula de BIOLOGIA CEL·LULAR 1º CURS BIOLOGIA Tania Mesa González UAB reconeixement de la seqüència senyal. Aquesta partícula s’anomena SRP, de manera que la via rep el nom de SRP-like. Aquesta partícula també reconeix i transloca partícules codificades pel genoma del cloroplast i traduïdes pels ribosomes cloroplàstics.
Fotosíntesi  Durant la fotosíntesi s’obté l’energia de la llum solar i s’utilitza per la síntesi de glucosa a partir de CO2 i H2O. Al convertir l’energia de la llum solar en una forma d’energia utilitzable, la fotosíntesis és la font principal d’energia, no només pels organismes que la realitzen sinó pels sistemes biològics en general. La fotosíntesi es diferencia en dues fases: 1. Fase llumínica o lluminosa: l’energia de la llum solar dirigeix la síntesi d’ATP i de NADPH, acoblada a la formació d’O2 a partir d’aigua. Es realitza a la llum del tilacoide.
2. Fase fosca: les seves reaccions no necessiten llum solar ja que l’ATP i el NADPH obtinguts a la fase lluminosa dirigeixen la síntesi de glucosa. Es realitza a l’estroma.
La clorofil·la Pigment fotosintètic que absorbeix la llum solar. Al captar un protò excita un electró en un estat energètic elevat, convertint així l’energia de la llum solar en energia química potencial.
- Els pigments fotosintètics estan organitzats en centres fotosintètics a la membrana del tilacoide. Cada centre conté centenars de molècules del pigment, que actuen com antenes, absorbint la llum i transferint l’energia dels seus electrons excitats a una molècula de clorofil·la que serveix com a centre de reacció. La clorofil·la del centre de reacció transfereix el seu electró d’alta energia a una molècula acceptora de la cadena de transport d’electrons. Els electrons d’alta energia es transfereixen a través d’una sèrie de transportadors de membrana acoblats a la síntesi d’ATP i NADPH.
Estructura dels fotosistemes i flux d’electrons  Els fotosistemes 1 i 2 són els que absorbeixen la llum i la transfereixen a les clorofil·les del centre de reacció. Els electrons d’alta densitat es transfereixen a través del BIOLOGIA CEL·LULAR Tania Mesa González 1º CURS BIOLOGIA UAB complex citocrom bf. La transferència d’electrons està acoblada a la transferència de protons al lumen tilacoidal, generant un gradient de protons. L’energia del gradient serà utilitzada pel 4t complex de la membrana del tilacoide, la ATPsintasa, al interior es fa la síntesi d’ATP.
La importància de la presència dels dos sistemes és que amb al llum solar no només es genera energia en forma d’ATP sinó que s’obté poder reductor en forma de NADPH necessari per convertir el CO2 en carbohidrats.
- El flux d’electrons comença al FS2, en el qual l’energia de la llum fa que H2O  O2 + 4H. La reacció té lloc a la llum del tilacoide, i genera el gradient de protons. Els electrons d’alta energia d’aquest procés es transfereixen a la plastoquinona, que transporta els electrons des del FS2 al complex citocrom bf.
- Complex bf transfereix els electrons a la plastocianina i es bombegen més protons a la llum del tilacoide.
 Aquest transport d’electrons està acoblat a la generació del gradient de protons que dirigeix la síntesi d’ATP.
- La plastocianina transporta els electrons cap al FS1, on l’absorció d’altres fotons genera altre cop electrons d’alta energia. El FS1 no actua com a bomba de protons sinó que utilitza els electrons per generar NADPH. La clorofil·la del FS1 transfereix els seus electrons excitats fins la ferredoxina. L’enzim NADPreductasa transfereix aquests electrons al NADP+ generant NADPH.
 Per tant, el pas d’electrons pels FS1 i 2 genera ATP i NADPH que s’utilitzaran al cicle de Calvin per fixar el CO2.
 (FS I): (el tenen tots els organismes) És més ric en clorofil·la A, s’ubica en la grana del cloroplast. El seu centre de reacció s’anomena P700 perquè pot absorbir fins a 700 nm. Funciona independentment i origina fluxos d’electrons que formen ATP i NADPH. – Reductor –  (FS II): Només es troba a les plantes superiors i cianofícies. Son centres de més dimensió. S’ubiquen a les lamel·les. S’anomena P680 i no funciona sol, depèn del FS I. Allibera l’O2 característic de la fotosíntesis. – Oxidant – BIOLOGIA CEL·LULAR 1º CURS BIOLOGIA Tania Mesa González UAB Fixació del CO2  En el cicle de Calvin, l’ATP i el NADPH obtinguts a la fase lluminosa promouen la fixació del CO2 i la formació de carbohidrats. El cicle de Calvin consumeix 18 ATPs i 12 NADPHs per cada molècula de glucosa sintetitzada. Això vol dir que es necessiten 24 electrons per generar el NADPH suficient. Aquests 24 electrons s’obtenen del trencament de 12 molècules d’H2O, per tant, per cada molècula de glucosa s’alliberen 6 molècules d’O2 al medi.
Fotorespiració  serveix per metabolitzar un producte derivat de la fotosíntesi. Quan a la fotosíntesi hi ha alguna mutació o error i es produeix fosfoglicerat enlloc de 3-fosfoglicerat es produeix la fotorespiració. El fosfoglicerat es converteix en glicolat i es transfereix als peroxisomes, on s’oxida i s’obté glicina. La glicina es transfereix als mitocondris, on dues molècules de glicina serveixen per obtenir una serina, amb la pèrdua de CO2 i NH3. La serina es torna als peroxisomes on es converteix en glicerat, que torna als cloroplasts i es reintrodueix al cicle de Calvin. La fotorespiració no és beneficiosa per la planta ja que es consumeix O2 i s’allibera CO2 sense obtenir ATP. Però quan es duu a terme simultàniament amb la fotosíntesi, tot i aquestes característiques, és un bon mètode per recuperar el carboni present en el glicolat .
Via C4  Algunes plantes tropicals o el blat de moro, eviten la fotorespiració, per tant tot i que el clima sigui molt calorós aquestes continuen creixent.
 Les plantes CAM  A la superfície hi tenen el fosfoenolpiruvat que captura el CO2 obtenint-se oxaloacetat. D’aquí obtenen malat, que passa a l’interior de la planta i dóna NADPH i CO2 al cicle de Calvin. El piruvat que resta retorna a la superfície per ser reciclat altre cop en malat, mentre del cicle de Calvin se n’obté glucosa que s’introdueix al sistema vascular de la planta.
BIOLOGIA CEL·LULAR 1º CURS BIOLOGIA Tania Mesa González UAB  De dia tanquen els estromes i els àcids C4 transporten el CO2 fins al rubiscó. Es on es dona de debò el cicle de Calvin.
 Obrir l’estroma per alliberar O2 i agafar CO2 es perdre aigua, per això a la nit la despesa és menys.
...